JP7639805B2 - Grain-oriented electrical steel sheet - Google Patents
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Description
本発明は、方向性電磁鋼板に関する。 The present invention relates to grain-oriented electrical steel sheets.
方向性電磁鋼板は、例えば、変圧器の鉄心用材料として用いられている。変圧器では、エネルギー損失を抑制することが要求される。このうち、エネルギー損失には、方向性電磁鋼板の鉄損が影響している。 Grain-oriented electrical steel sheets are used, for example, as materials for the iron cores of transformers. In transformers, it is necessary to suppress energy loss. Of this, energy loss is affected by the iron loss of grain-oriented electrical steel sheets.
ここで、方向性電磁鋼板の鉄損は、主としてヒステリシス損と渦電流損とからなる。このうち、ヒステリシス損を改善する手法としては、GOSS方位と呼ばれる(110)[001]方位を鋼板の圧延方向に高度に配向させる手法や、鋼板中の不純物を低減する手法などが開発されている。また、渦電流損を改善する手法としては、Siの添加により鋼板の電気抵抗を増大させる手法や、鋼板の圧延方向に被膜張力を付与する手法などが開発されている。しかしながら、これらの手法では、方向性電磁鋼板の製造上の限界がある。 Here, the iron loss of grain-oriented electrical steel sheet mainly consists of hysteresis loss and eddy current loss. Techniques developed to improve hysteresis loss include highly orienting the (110)[001] orientation, known as the GOSS orientation, in the rolling direction of the steel sheet, and reducing impurities in the steel sheet. Techniques developed to improve eddy current loss include increasing the electrical resistance of the steel sheet by adding Si, and applying coating tension in the rolling direction of the steel sheet. However, these techniques have limitations in the manufacture of grain-oriented electrical steel sheet.
そこで、方向性電磁鋼板のさらなる低鉄損化を実現するために、磁区細分化技術が開発されている。磁区細分化技術とは、以下のようにして方向性電磁鋼板の鉄損、特に渦電流損を低減させる技術である。すなわち、仕上げ焼鈍(以下、最終焼鈍ともいう)後、または、絶縁被膜の焼き付け後などに、鋼板に対して溝の形成や局所的な歪みの導入といった物理的な手段で磁束の不均一性を導入する。これにより、鋼板の圧延方向に沿って形成される180°磁区(主磁区)の幅を細分化し、方向性電磁鋼板の鉄損、特に渦電流損を低減させる。 Therefore, to further reduce the iron loss of grain-oriented electrical steel sheets, magnetic domain refinement technology has been developed. Magnetic domain refinement technology is a technology that reduces the iron loss, especially the eddy current loss, of grain-oriented electrical steel sheets in the following way. That is, after finish annealing (hereinafter also referred to as final annealing) or after baking of the insulating coating, non-uniformity of magnetic flux is introduced into the steel sheet by physical means such as forming grooves or introducing localized distortion. This refines the width of the 180° magnetic domains (main magnetic domains) formed along the rolling direction of the steel sheet, reducing the iron loss, especially the eddy current loss, of the grain-oriented electrical steel sheet.
例えば、特許文献1には、
「片表面に線状の溝を、溝巾300μm以下、溝深さ100μm以下、圧延方向における溝中心線間間隔1mm以上とし、圧延方向との角度30゜以上として形成した一方向性電磁鋼板を巻き重ねて成る巻き鉄心にして、該線状の溝が内巻き側に面し、かつ最内側の曲げ加工部の曲率半径が30mm以下であることを特徴とする鉄損の低い変圧器用巻き鉄心。」
が開示されている。
なお、特許文献1に記載されるような鋼板の表面に溝を形成して磁区を細分化する技術は、歪み取り焼鈍を行っても磁区細分化効果が消失しないため、耐熱型磁区細分化技術とも称される。ここで、歪み取り焼鈍とは、例えば、方向性電磁鋼板を巻鉄心とするための曲げ加工などにより、当該方向性電磁鋼板に不可避的に導入されてしまう歪みを開放するための熱処理である。なお、当該歪みは、磁区細分化処理により導入される歪みとは異なり、鉄損に悪影響を及ぼすものである。
For example,
"A wound core for a transformer with low iron loss, characterized in that the wound core is made by winding and overlapping grain-oriented electromagnetic steel sheets on one surface of which linear grooves are formed with a groove width of 300 μm or less, a groove depth of 100 μm or less, a groove center line spacing of 1 mm or more in the rolling direction, and an angle of 30° or more with the rolling direction, the linear grooves facing the inward winding side, and the radius of curvature of the innermost bent portion is 30 mm or less."
has been disclosed.
The technique of forming grooves on the surface of a steel sheet to subdivide magnetic domains as described in
また、特許文献2には、
「最終仕上焼鈍済の方向性けい素鋼板の表面に、収束性の高いシート状のプラズマ炎を放射して磁区の細分化を図ることを特徴とする低鉄損方向性けい素鋼板の製造方法。」
が開示されている。
なお、特許文献2に記載されるような鋼板に熱歪みを導入して磁区を細分化する技術は、歪み取り焼鈍により磁区細分化効果が消失するため、非耐熱型磁区細分化技術とも称される。
In addition,
"A method for manufacturing low-iron-loss grain-oriented silicon steel sheet, characterized in that a highly convergent sheet-shaped plasma flame is radiated onto the surface of grain-oriented silicon steel sheet that has been subjected to final annealing to subdivide magnetic domains."
has been disclosed.
The technique of refining magnetic domains by introducing thermal strain into a steel sheet as described in
さらに、上記した鋼板の表面に溝を形成して磁区を細分化する技術(耐熱型磁区細分化技術)として、特許文献3には、電解エッチングによって鋼板の表面に溝を形成する電解エッチング法が提案されている。特許文献4には、高出力のレーザーによって鋼板を局所的に溶解・蒸発させるレーザー法が提案されている。特許文献5には、歯車上のロールを鋼板に押し付けることで圧痕を与える歯車プレス法が提案されている。
Furthermore, as a technique for forming grooves on the surface of the above-mentioned steel sheet to subdivide the magnetic domains (heat-resistant magnetic domain subdivision technique),
ところで、近年、省エネ・環境規制の観点から、変圧器のエネルギー損失の低減に加え、変圧器の動作時の騒音を低減することも求められている。ここで、変圧器の動作時の騒音には方向性電磁鋼板の磁歪特性が影響している。そのため、さらなる低鉄損化と良好な磁歪特性とを両立した方向性電磁鋼板の開発が、極めて重要となっている。 In recent years, from the perspective of energy conservation and environmental regulations, there has been a demand to reduce not only the energy loss of transformers, but also the noise they make when in operation. The noise made by transformers when in operation is influenced by the magnetostrictive properties of grain-oriented electrical steel sheets. For this reason, it has become extremely important to develop grain-oriented electrical steel sheets that combine low iron loss with good magnetostrictive properties.
上記した磁区細分化技術のうち、特許文献2のような非耐熱型磁区細分化技術では、鋼板に局所的な歪みを導入することにより、渦電流損を大きく低減することができる。しかし、その反面、非耐熱型磁区細分化はかかる歪みの導入に起因したヒステリシス損の増大や、磁歪特性の劣化を招く。また、上述したように、非耐熱型磁区細分化技術を施した方向性電磁鋼板では、歪み取り焼鈍により磁区細分化効果が消失するため、その用途が制限されてしまう。
Of the above magnetic domain refinement technologies, the non-heat-resistant magnetic domain refinement technology described in
一方、特許文献1、3~5のような耐熱型磁区細分化技術では、鋼板の圧延方向断面における溝部の面積が大きくなるほど、その効果が高くなる。しかしながら、溝を鋼板の板厚方向に深くまで形成すると、透磁率の低下などの鋼板の磁気特性の劣化を招く。また、鋼板の破断などの製造上の不利益も生じる。このように、耐熱型磁区細分化技術では、鋼板の溝の深さが制限されることとなるため、高い透磁率を維持しながら、さらなる低鉄損化を図ることが求められているのが現状である。
On the other hand, in heat-resistant magnetic domain refinement technology such as those in
本発明は、上記の現状に鑑み開発されたものであって、低鉄損であり、かつ、高い透磁率と良好な磁歪特性とを有する方向性電磁鋼板を、提供することを目的とする。 The present invention was developed in consideration of the above-mentioned current situation, and aims to provide a grain-oriented electrical steel sheet that has low core loss, high magnetic permeability, and good magnetostriction characteristics.
さて、発明者らは、上記の目的を達成すべく、鋭意検討を重ねたところ、以下の知見を得た。
(a)磁区細分化技術では、圧延方向に透磁率が異なる領域を形成することにより、その領域の界面に磁極を形成する。この磁極によって増加する静磁エネルギーを低減するために、鋼板の主磁区幅が細分化される。
(b)耐熱型磁区細分化技術では、透磁率の異なる領域として溝の空隙部を利用している。この空隙部は歪み取り焼鈍を施しても変化しないため、磁区細分化効果が維持される。しかしながら、この溝の空隙部によって、鋼板全体の透磁率が低下する。
(c)一方、非耐熱磁区細分化技術では、エネルギービームの照射によって鋼板に熱歪みを導入する。この熱歪みによって発生する残留応力により、(結晶の[001]方位を圧延方向としたときの)結晶の[010]方位または[100]方位の磁化成分を有する新しい磁区(還流磁区)が形成される。ここで、結晶の[010]方位または[100]方位はそれぞれ、板幅方向と板厚方向の中間の方向(板幅方向から板厚方向側へ45°の方向)に相当する。そして、主磁区と還流磁区とでは、磁化の向きが異なるため、圧延方向の透磁率の変化が生じ、磁区細分化が起こる。この熱歪みは、歪み取り焼鈍によって解消されるため、磁区細分化効果も歪み取り焼鈍によって消失する。しかしながら、主磁区および還流磁区が、ともに方向性電磁鋼板内部に形成されるために、鋼板全体としての透磁率はほとんど変化しない。
As a result of extensive research into achieving the above object, the inventors have come to the following findings.
(a) In the magnetic domain refinement technique, regions with different magnetic permeability are formed in the rolling direction, and magnetic poles are formed at the interfaces between the regions. In order to reduce the increased magnetostatic energy caused by these magnetic poles, the width of the main magnetic domain of the steel sheet is refined.
(b) In the heat-resistant magnetic domain refinement technology, the gaps in the grooves are used as regions of different magnetic permeability. These gaps do not change even when stress relief annealing is performed, so the magnetic domain refinement effect is maintained. However, the gaps in the grooves reduce the magnetic permeability of the entire steel sheet.
(c) On the other hand, in the non-heat-resistant magnetic domain refinement technique, thermal strain is introduced into the steel sheet by irradiation with an energy beam. Due to the residual stress generated by this thermal strain, new magnetic domains (closure domains) having magnetization components in the [010] or [100] crystal orientation (when the [001] crystal orientation is the rolling direction) are formed. Here, the [010] or [100] crystal orientation corresponds to the intermediate direction between the sheet width direction and the sheet thickness direction (direction at 45° from the sheet width direction to the sheet thickness direction), respectively. Since the magnetization directions of the main magnetic domain and the closure domain are different, a change in magnetic permeability occurs in the rolling direction, and magnetic domain refinement occurs. This thermal strain is eliminated by strain relief annealing, and the magnetic domain refinement effect also disappears by strain relief annealing. However, since both the main magnetic domain and the closure domain are formed inside the grain-oriented electrical steel sheet, the magnetic permeability of the steel sheet as a whole hardly changes.
そこで、発明者らは、耐熱型磁区細分化技術において、歪み取り焼鈍後にも鋼板内部に残留応力を維持して還流磁区を形成することができれば、溝を鋼板の板厚方向に深くまで形成しなくとも、極めて高い鉄損の低減効果が得られ、透磁率の低下も抑制できるのではないかと考えた。 The inventors therefore thought that if it were possible to form closure domains in a heat-resistant magnetic domain refinement technology that would maintain residual stress inside the steel sheet even after stress relief annealing, it might be possible to obtain an extremely high iron loss reduction effect and suppress a decrease in magnetic permeability, even without forming grooves deep in the thickness direction of the steel sheet.
上記の考えに基づき、発明者らがさらに検討を重ねたところ、エネルギービームによって鋼板を局所的に溶融―凝固させて、鋼板の一方の表面に圧延方向を横切る線状の溶融凝固部を形成することにより、歪み取り焼鈍後にも鋼板内部に残留応力が維持されることを知見した。 Based on the above idea, the inventors conducted further research and discovered that by locally melting and solidifying the steel plate using an energy beam to form a linear molten solidified portion that crosses the rolling direction on one surface of the steel plate, residual stress can be maintained inside the steel plate even after stress relief annealing.
また、発明者らは、種々の条件で、方向性電磁鋼板の一方の表面に圧延方向を横切る線状の溶融凝固部を形成した。
その結果、発明者らは、方向性電磁鋼板の圧延方向断面での溶融凝固部の表面から板厚方向への異方性エネルギーの分布において、ΔE(KJ/m3)が負となる領域の最深位置を、溶融凝固部の表面からの距離で4μm以上とすることにより、歪み取り焼鈍に対しても、鋼板全体としての高い透磁率と良好な磁歪特性とを確保しながら、高い鉄損改善効果が得られることを見出した。
ここで、ΔEは、次式(1)により定義される。
ΔE=Esub-ERD ・・・(1)
式(1)中、ERD(KJ/m3)およびEsub(KJ/m3)はそれぞれ、圧延方向における異方性エネルギー、および、結晶の[001]方位を圧延方向としたときの結晶の[010]方位または[100]方位における異方性エネルギーであり、次式(2)~(4)により求める。
As a result, the inventors discovered that by setting the deepest position of the region where ΔE (KJ/m 3 ) is negative in the distribution of anisotropic energy from the surface of the molten solidified portion in the thickness direction in the rolling direction cross section of the grain-oriented electrical steel sheet to a distance of 4 μm or more from the surface of the molten solidified portion, a high iron loss improvement effect can be obtained while ensuring high magnetic permeability and good magnetostriction characteristics of the steel sheet as a whole even during strain relief annealing.
Here, ΔE is defined by the following formula (1).
ΔE=E sub -E RD ...(1)
In formula (1), E RD (KJ/m 3 ) and E sub (KJ/m 3 ) are the anisotropic energy in the rolling direction, and the anisotropic energy in the crystal [010] orientation or [100] orientation when the crystal [001] orientation is the rolling direction, respectively, and are calculated by the following formulas (2) to (4).
また、発明者らはさらに検討を重ね、さらに以下の点を満足させることによって、より高い効果が得られることを知見した。
・方向性電磁鋼板の圧延方向断面での溶融凝固部の表面から板厚方向への異方性エネルギーの分布において、ΔE(KJ/m3)が-2KJ/m3以下となる領域の最深位置を、溶融凝固部の表面からの距離で4μm~40μmとする。
・方向性電磁鋼板の一方の表面に、溶融凝固部によって画定される溝部を形成する。
・図1に示すような溝部の深度プロファイル(溝部の断面形状)において、溝部の最深点の深さdを8.0μm未満とする。
・上記の溝部の深度プロファイルにおいて、少なくとも2つの極小値を設け、溝部の幅Wに対する溝部の最深点の深さdの比率であるd/W×100(%)を5%以上20%未満とする。
・溶融凝固部の圧延方向における間隔を1.0mm以上5.0mm未満とする。
本発明は、上記の知見に基づき、さらに検討を加えて完成されたものである。
Furthermore, the inventors have conducted further studies and found that even better effects can be obtained by satisfying the following points.
In the distribution of anisotropic energy from the surface of the molten solidified portion in the rolling direction cross section of the grain-oriented electrical steel sheet to the sheet thickness direction, the deepest position of the region where ΔE (KJ/m 3 ) is −2 KJ/m 3 or less is set to a distance of 4 μm to 40 μm from the surface of the molten solidified portion.
A groove defined by a molten and solidified portion is formed on one surface of the grain-oriented electrical steel sheet.
In the depth profile of the groove (cross-sectional shape of the groove) as shown in FIG. 1, the depth d of the deepest point of the groove is set to less than 8.0 μm.
In the depth profile of the groove, at least two minimum values are provided, and the ratio of the depth d of the deepest point of the groove to the width W of the groove, d/W×100(%), is set to be 5% or more and less than 20%.
The distance between the molten and solidified portions in the rolling direction is 1.0 mm or more and less than 5.0 mm.
The present invention was completed based on the above findings and through further investigation.
すなわち、本発明の要旨構成は次のとおりである。
1.方向性電磁鋼板であって、
該方向性電磁鋼板は、その一方の表面に、圧延方向を横切る線状の溶融凝固部を周期的に有し、
該方向性電磁鋼板の圧延方向断面での該溶融凝固部の表面から板厚方向への異方性エネルギーの分布において、ΔE(KJ/m3)が負となる領域の最深位置が、該溶融凝固部の表面からの距離で4μm以上である、方向性電磁鋼板。
ここで、ΔEは、次式(1)により定義される。
ΔE=Esub-ERD ・・・(1)
式(1)中、ERD(KJ/m3)およびEsub(KJ/m3)はそれぞれ、圧延方向における異方性エネルギー、および、結晶の[001]方位を圧延方向としたときの結晶の[010]方位または[100]方位における異方性エネルギーであり、次式(2)~(4)により求める。
1. Grain-oriented electrical steel sheet,
The grain-oriented electrical steel sheet has, on one surface thereof, periodically linear molten and solidified portions that cross the rolling direction,
In the distribution of anisotropic energy from the surface of the molten solidified portion in the sheet thickness direction in a cross section in the rolling direction of the grain-oriented electrical steel sheet, the deepest position of a region where ΔE (KJ/m 3 ) is negative is 4 μm or more away from the surface of the molten solidified portion.
Here, ΔE is defined by the following formula (1).
ΔE=E sub -E RD ...(1)
In formula (1), E RD (KJ/m 3 ) and E sub (KJ/m 3 ) are the anisotropic energy in the rolling direction, and the anisotropic energy in the crystal [010] orientation or [100] orientation when the crystal [001] orientation is the rolling direction, respectively, and are calculated by the following formulas (2) to (4).
2.前記異方性エネルギーの分布において、前記ΔE(KJ/m3)が-2KJ/m3以下となる領域の最深位置が、前記溶融凝固部の表面からの距離で4μm~40μmである、前記1に記載の方向性電磁鋼板。 2. The grain-oriented electrical steel sheet according to 1, wherein in the distribution of the anisotropic energy, the deepest position of the region where the ΔE (KJ/m 3 ) is −2 KJ/m 3 or less is 4 μm to 40 μm away from the surface of the molten solidified portion.
3.前記溶融凝固部によって画定される溝部を有する、前記1または2に記載の方向性電磁鋼板。 3. The grain-oriented electrical steel sheet according to 1 or 2, having a groove portion defined by the molten solidified portion.
4.前記溝部の深度プロファイルにおいて、前記溝部の最深点の深さdが8.0μm未満である、前記3に記載の方向性電磁鋼板。 4. The grain-oriented electrical steel sheet according to 3, in which the depth d of the deepest point of the groove in the depth profile of the groove is less than 8.0 μm.
5.前記溝部の深度プロファイルにおいて、極小値が2つ以上存在し、
前記溝部の幅Wに対する前記溝部の最深点の深さdの比率であるd/W×100(%)が、5%以上20%未満である、前記3または4に記載の方向性電磁鋼板。
5. There are two or more minimum values in the depth profile of the groove portion,
5. The grain-oriented electrical steel sheet according to
6.前記溶融凝固部の圧延方向における間隔が1.0mm以上5.0mm未満である、前記1~5のいずれかに記載の方向性電磁鋼板。 6. The grain-oriented electrical steel sheet according to any one of 1 to 5, wherein the spacing of the molten solidified portions in the rolling direction is 1.0 mm or more and less than 5.0 mm.
本発明によれば、低鉄損であり、かつ、高い透磁率と良好な磁歪特性とを有する方向性電磁鋼板を得ることができる。また、本発明の方向性電磁鋼板は、歪み取り焼鈍後にも低鉄損であり、かつ、高い透磁率と良好な磁歪特性とを有するので、変圧器、特に、巻鉄心変圧器などの鉄心材料として、極めて有利に用いることができる。 According to the present invention, it is possible to obtain a grain-oriented electrical steel sheet having low iron loss, high magnetic permeability, and good magnetostriction characteristics. Furthermore, the grain-oriented electrical steel sheet of the present invention has low iron loss even after strain relief annealing, and has high magnetic permeability and good magnetostriction characteristics, so it can be used extremely advantageously as an iron core material for transformers, particularly wound core transformers.
まず、本発明を完成させるに至った実験結果について説明する。
(実験1)
一般的な製造工程にて製造した方向性電磁鋼板(鋼帯)から、複数の同一形状の試料を切り出し、JIS C2550に記載のエプスタイン法により、磁気特性、具体的には、B8およびW17/50を測定した。B8およびW17/50の測定値はそれぞれ、1.9350Tおよび0.880W/kgであった。ここで、B8とは、磁化力:800A/mで圧延方向に磁化した時の磁束密度を意味する。W17/50とは、圧延方向に1.7T、50Hzの交番磁化を与えたときの鉄損値を意味する。ついで、試料ごとに、圧延方向を横切るように、レーザーの出力密度:0.1~1.0(J/mm2)の範囲の種々の条件でレーザーを照射し、試料を局所的に溶融―凝固させて、試料の表面に線状の溶融凝固部を形成した。なお、レーザーの出力密度は、走査速度(以下、偏向速度ともいう)v、走査直交方向のスポット径Φ、レーザー出力Pを用いて、P/(v・Φ)として表される。レーザー源としてはシングルモードファイバーレーザーを使用し、アシストガスなどは使用しなかった。また、レーザー照射は圧延方向に4.0mm間隔で行った。
First, the experimental results that led to the completion of the present invention will be described.
(Experiment 1)
A plurality of samples of the same shape were cut out from grain-oriented electrical steel sheets (steel strips) manufactured by a general manufacturing process, and the magnetic properties, specifically, B 8 and W 17/50 were measured by the Epstein method described in JIS C2550. The measured values of B 8 and W 17/50 were 1.9350 T and 0.880 W/kg, respectively. Here, B 8 means the magnetic flux density when magnetized in the rolling direction with a magnetizing force of 800 A/m. W 17/50 means the iron loss value when an alternating magnetization of 1.7 T and 50 Hz is applied in the rolling direction. Next, a laser was irradiated to each sample under various conditions in the range of laser output density: 0.1 to 1.0 (J/mm 2 ) so as to cross the rolling direction, and the sample was locally melted and solidified to form a linear melted and solidified portion on the surface of the sample. The power density of the laser is expressed as P/(v·Φ) using the scanning speed (hereinafter also referred to as the deflection speed) v, the spot diameter in the direction perpendicular to the scanning direction Φ, and the laser power P. A single-mode fiber laser was used as the laser source, and no assist gas was used. The laser irradiation was performed at intervals of 4.0 mm in the rolling direction.
レーザー照射後、各試料に、窒素雰囲気下で800℃、3時間の条件で歪み取り焼鈍を施した。ついで、各試料について、JIS C2550に記載のエプスタイン法により、B8およびW17/50を測定した。また、各試料について、透磁率変化の指標としてΔB8(=[レーザー照射後の試料(以下、照射後試料ともいう)で測定したB8]-[レーザー照射前の試料(以下、照射前試料ともいう)で測定したB8])を算出した。 After the laser irradiation, each sample was subjected to stress relief annealing under nitrogen atmosphere at 800°C for 3 hours. Next, B8 and W17 /50 were measured for each sample by the Epstein method described in JIS C2550. In addition, ΔB8 (=[B8 measured on the sample after laser irradiation (hereinafter also referred to as the post-irradiation sample)] - [ B8 measured on the sample before laser irradiation (hereinafter also referred to as the pre-irradiation sample)]) was calculated for each sample as an index of magnetic permeability change.
ついで、各照射後試料について、レーザードップラー式の磁歪振動計により、1.5T、50Hzの正弦波交流磁化したときの磁歪振動波形を測定した。そして、測定した磁歪振動波形を、100Hz毎の周波数の振動加速度成分にフーリエ分解した。ついで、各周波数成分にAスケールで聴感補正した値を0~1000Hzまで積算し、その積算した値を、磁歪特性の指標となる磁歪高調波MHL15/50とした。 Next, the magnetostrictive vibration waveform of each post-irradiation sample was measured using a laser Doppler magnetostrictive vibrometer when it was magnetized with a 1.5 T, 50 Hz sinusoidal AC current. The measured magnetostrictive vibration waveform was then Fourier-decomposed into vibration acceleration components with frequencies of every 100 Hz. Next, the values of each frequency component, which were corrected for hearing on the A scale, were integrated from 0 to 1000 Hz, and the integrated value was taken as the magnetostrictive harmonic MHL 15/50 , which is an index of magnetostrictive properties.
ついで、各照射後試料をモールドに埋め込み、鏡面化研磨を施した後、EBSD Wilkinson法により試料の圧延方向断面での歪み分布を求めた。そして、得られた歪み分布から、上掲式(1)~(4)を用いてΔEを算出し、試料の圧延方向断面での溶融凝固部の表面から板厚方向への異方性エネルギーの分布を求めた。参考のため、図2に、当該異方性エネルギーの分布の一例の模式図を示す。なお、図2で例示した異方性エネルギーの分布を有する方向性電磁鋼板は、溶融凝固部によって画定される溝部を有さない、つまり、当該方向性電磁鋼板の表面は平たんとなっている。 Next, each post-irradiation sample was embedded in a mold and mirror-polished, after which the strain distribution in the rolling direction cross section of the sample was determined by the EBSD Wilkinson method. From the obtained strain distribution, ΔE was calculated using the above formulas (1) to (4), and the distribution of anisotropic energy from the surface of the molten solidified portion to the plate thickness direction in the rolling direction cross section of the sample was determined. For reference, FIG. 2 shows a schematic diagram of an example of the distribution of the anisotropic energy. Note that the grain-oriented electrical steel sheet having the anisotropic energy distribution illustrated in FIG. 2 does not have a groove portion defined by the molten solidified portion, that is, the surface of the grain-oriented electrical steel sheet is flat.
かくして求めた各試料の異方性エネルギーの分布から、ΔE(KJ/m3)が負となる領域の最深位置(以下、ΔE<0の最深位置ともいう)およびΔE(KJ/m3)が-2KJ/m3以下となる領域の最深位置(以下、ΔE≦-2の最深位置ともいう)を求めた。 From the anisotropic energy distribution of each sample thus obtained, the deepest position of the region where ΔE (KJ/m 3 ) is negative (hereinafter also referred to as the deepest position where ΔE < 0) and the deepest position of the region where ΔE (KJ/m 3 ) is -2 KJ/m 3 or less (hereinafter also referred to as the deepest position where ΔE ≦ -2) were obtained.
図3~図10に、上記の測定結果を、ΔE<0の最深位置、および、ΔE≦-2の最深位置に対してプロットして示す。
ここで、図3は、ΔE<0の最深位置と(照射後試料の)鉄損W17/50との関係を示すものであり、図4は、図3の一部を拡大したものである。
図5は、ΔE≦-2の最深位置と(照射後試料の)鉄損W17/50との関係を示すものであり、図6は、図5の一部を拡大したものである。
図7は、ΔE<0の最深位置と磁歪高調波MHL15/50との関係を示すものである。
図8は、ΔE≦-2の最深位置と磁歪高調波MHL15/50との関係を示すものである。
図9は、ΔE<0の最深位置とΔB8との関係を示すものである。
図10は、ΔE≦-2の最深位置とΔB8との関係を示すものである。
3 to 10 show the above measurement results plotted against the deepest position where ΔE<0 and the deepest position where ΔE≦−2.
Here, FIG. 3 shows the relationship between the deepest position where ΔE<0 and the core loss W 17/50 (of the irradiated sample), and FIG. 4 is an enlarged view of a part of FIG.
FIG. 5 shows the relationship between the deepest position where ΔE≦−2 and the core loss W 17/50 (of the irradiated sample), and FIG. 6 is an enlarged view of a part of FIG.
FIG. 7 shows the relationship between the deepest position where ΔE<0 and the magnetostrictive harmonic MHL 15/50 .
FIG. 8 shows the relationship between the deepest position where ΔE≦−2 and the magnetostrictive harmonic MHL 15/50 .
FIG. 9 shows the relationship between the deepest position where ΔE<0 and ΔB8 .
FIG. 10 shows the relationship between the deepest position where ΔE≦−2 and ΔB 8 .
図3および4より、ΔE<0の最深位置が4μm以上である場合に、高い鉄損改善効果が得られることがわかる。また、ΔE<0の最深位置が6μm以上である場合に、特に高い鉄損改善効果が得られることがわかる。この理由について、発明者らは、歪み取り焼鈍を施した後も、溶融凝固部の存在によって鋼板内部に応力が残留し、還流磁区が生成したためと考えている。一方、ΔE<0の最深位置が4μm未満のもの(ΔE<0の最深位置が0μm、つまり、ΔEが全て正となるものを含む)では、十分な鉄損改善効果が得られなかった。この理由について、発明者らは、還流磁区が十分には生成しなかったためと考えている。 From Figures 3 and 4, it can be seen that a high iron loss improvement effect is obtained when the deepest position where ΔE<0 is 4 μm or more. It can also be seen that a particularly high iron loss improvement effect is obtained when the deepest position where ΔE<0 is 6 μm or more. The inventors believe that the reason for this is that even after stress relief annealing, stress remains inside the steel sheet due to the presence of the molten solidified part, and closure domains are generated. On the other hand, when the deepest position where ΔE<0 is less than 4 μm (including when the deepest position where ΔE<0 is 0 μm, i.e., when ΔE is all positive), a sufficient iron loss improvement effect is not obtained. The inventors believe that the reason for this is that closure domains are not generated sufficiently.
図5および6より、ΔE≦-2の最深位置が4μm以上である場合に、特に高い鉄損改善効果が得られることがわかる。この理由について、発明者らは、還流磁区の磁気異方性が増加したことで、励磁中の高磁場まで還流磁区が存在できるようになり、その結果、より高い磁区細分化効果を発現したものと考えている。 Figures 5 and 6 show that a particularly high iron loss improvement effect can be obtained when the deepest position of ΔE≦-2 is 4 μm or more. The inventors believe that the reason for this is that the magnetic anisotropy of the closure domains increases, allowing the closure domains to exist up to high magnetic fields during excitation, resulting in a higher magnetic domain refinement effect.
図7より、ΔE<0の最深位置が深くなることに伴って、磁歪高調波MHL15/50が増加する傾向にあることがわかる。この理由について、発明者らは、交流磁化過程において還流磁区の生成消滅が発生し、磁歪振動が複雑化したためと考えている。特に、ΔE<0の最深位置が120μmになると、急激に、磁歪高調波MHL15/50が増加する。そのため、ΔE<0の最深位置は好ましくは100μm以下、より好ましくは50μm以下である。 From Fig. 7, it can be seen that the magnetostrictive harmonic MHL 15/50 tends to increase as the deepest position of ΔE<0 becomes deeper. The inventors believe that the reason for this is that the generation and disappearance of closure domains occurs in the AC magnetization process, making the magnetostrictive vibration more complex. In particular, when the deepest position of ΔE<0 becomes 120 μm, the magnetostrictive harmonic MHL 15/50 increases rapidly. Therefore, the deepest position of ΔE<0 is preferably 100 μm or less, more preferably 50 μm or less.
図8より、ΔE<0の最深位置と同様、ΔE≦-2の最深位置が深くなることに伴って、磁歪高調波MHL15/50が増加する傾向にあることがわかる。そのため、ΔE≦-2の最深位置は好ましくは80μm以下、より好ましくは40μm以下である。 8, it can be seen that, as the deepest position of ΔE≦-2 becomes deeper, the magnetostrictive harmonic MHL 15/50 tends to increase, similar to the deepest position of ΔE<0. Therefore, the deepest position of ΔE≦-2 is preferably 80 μm or less, more preferably 40 μm or less.
図9および10より、ΔE<0の最深位置およびΔE≦-2の最深位置が深くなっても、ΔB8は-0.0010T未満であり、殆ど透磁率の劣化は見られなかった。この理由について、発明者らは、溶融凝固部が周辺のGOSS方位粒からエピタキシャル成長するため、溶融凝固部もGOSS方位を維持するためと考えている。 9 and 10, even if the deepest position of ΔE<0 and the deepest position of ΔE≦-2 are deep, ΔB8 is less than −0.0010 T, and almost no deterioration in magnetic permeability is observed. The inventors believe that the reason for this is that the melted solidified portion grows epitaxially from the surrounding GOSS orientation grains, so that the melted solidified portion also maintains the GOSS orientation.
以上の結果から、歪み取り焼鈍を施した後にも高い低鉄損、低磁歪、高透磁率を実現するためには、ΔE<0の最深位置を4μm以上とすることが必要である。また、ΔE<0の最深位置を6μm以上とすることが好適である。さらに、ΔE<0の最深位置を100μm以下とすることが好適であり、50μm以下とすることがより好適である。
さらに、より高い効果を得るためには、ΔE≦-2の最深位置を4μm以上80μm以下とすることが好適であり、4μm以上40μm以下とすることがさらに好適である。
From the above results, in order to achieve low iron loss, low magnetostriction, and high magnetic permeability even after stress relief annealing, it is necessary to set the deepest position where ΔE<0 to 4 μm or more. In addition, it is preferable to set the deepest position where ΔE<0 to 6 μm or more. Furthermore, it is preferable to set the deepest position where ΔE<0 to 100 μm or less, and more preferably to set it to 50 μm or less.
Furthermore, in order to obtain a higher effect, it is preferable that the deepest position where ΔE≦−2 is 4 μm or more and 80 μm or less, and it is more preferable that it is 4 μm or more and 40 μm or less.
(実験2)
一般的な製造工程にて製造した方向性電磁鋼板(鋼帯)から、複数の同一形状の試料を切り出し、JIS C2550に記載のエプスタイン法により、B8およびW17/50を測定した。B8およびW17/50の測定値はそれぞれ、1.9350Tおよび0.880W/kgであった。ついで、試料ごとに、圧延方向を横切るように電子ビームを照射し、試料を局所的に溶融―凝固させて試料の表面に線状の溶融凝固部および溶融凝固部によって画定される溝部を形成した。電子ビームの出力密度は、ΔE≦-2の最深位置が15μmとなるように調整した。なお、電子ビームの出力密度は、偏向速度v、走査直交方向のスポット径Φ、電子ビーム出力Pを用いて、P/(v・Φ)として表される。電子銃としては、LaB6チップを陰極とした熱電子銃を使用した。電子ビーム照射は圧延方向に4.0mm間隔で行った。また、電子ビームについて、収束コイルを用いてビームスポットの形状を走査方向に長軸を持つ楕円形状とし、試料ごとに楕円率を1.1~12の範囲で種々変化させて照射を行った。
(Experiment 2)
A number of samples of the same shape were cut out from grain-oriented electrical steel sheets (steel strips) manufactured by a general manufacturing process, and B 8 and W 17/50 were measured by the Epstein method described in JIS C2550. The measured values of B 8 and W 17/50 were 1.9350 T and 0.880 W/kg, respectively. Next, an electron beam was irradiated across the rolling direction for each sample, and the sample was locally melted and solidified to form a linear melted solidified portion and a groove defined by the melted solidified portion on the surface of the sample. The output density of the electron beam was adjusted so that the deepest position of ΔE≦-2 was 15 μm. The output density of the electron beam is expressed as P/(v·Φ) using the deflection speed v, the spot diameter Φ in the direction perpendicular to the scanning direction, and the electron beam output P. A thermionic gun with a LaB6 chip as the cathode was used as the electron gun. Electron beam irradiation was performed at intervals of 4.0 mm in the rolling direction. In addition, the shape of the electron beam spot was made elliptical with its major axis in the scanning direction by using a focusing coil, and irradiation was performed with the ellipticity changed variously within the range of 1.1 to 12 for each sample.
電子ビーム照射後、各試料に、窒素雰囲気下で800℃、3時間の条件で歪み取り焼鈍を施した。ついで、各試料について、JIS C2550に記載のエプスタイン法により、B8およびW17/50を測定した。また、各試料について、透磁率変化の指標としてΔB8(=[レーザー照射後の試料(以下、照射後試料ともいう)で測定したB8]-[レーザー照射前の試料(以下、照射前試料ともいう)で測定したB8])を算出した。また、実験1と同じ要領で、各照射後試料について、磁歪特性の指標となる磁歪高調波MHL15/50を求めた。
After the electron beam irradiation, each sample was subjected to stress relief annealing under a nitrogen atmosphere at 800°C for 3 hours. Next, B8 and W17 /50 were measured for each sample by the Epstein method described in JIS C2550. In addition, ΔB8 (=[B8 measured on the sample after laser irradiation (hereinafter also referred to as the post-irradiation sample)]-[ B8 measured on the sample before laser irradiation (hereinafter also referred to as the pre-irradiation sample)]) was calculated for each sample as an index of magnetic permeability change. In addition, in the same manner as in
ついで、各照射後試料について、その表面からレーザー顕微鏡を用いて溝部の深度プロファイルを作成し、溝部の最深点の深さd(溝部の最深点と方向性電磁鋼板の表面との板厚方向における距離)を測定した。 Next, for each post-irradiation sample, a depth profile of the groove was created from its surface using a laser microscope, and the depth d of the deepest point of the groove (the distance in the sheet thickness direction between the deepest point of the groove and the surface of the grain-oriented electrical steel sheet) was measured.
図11~図13に、上記の測定結果を、溝部の最深点の深さdに対してプロットして示す。
ここで、図11は、溝部の最深点の深さdと(照射後試料の)鉄損W17/50との関係を示すものである。
図12は、溝部の最深点の深さdと磁歪高調波MHL15/50との関係を示すものである。
図13は、溝部の最深点の深さdとΔB8との関係を示すものである。
11 to 13 show the above measurement results plotted against the depth d of the deepest point of the groove portion.
Here, FIG. 11 shows the relationship between the depth d of the deepest point of the groove and the core loss W 17/50 (of the irradiated sample).
FIG. 12 shows the relationship between the depth d of the deepest point of the groove and the magnetostrictive harmonic MHL 15/50 .
FIG. 13 shows the relationship between the depth d of the deepest point of the groove and ΔB8 .
図11より、溝部の最深点の深さdが大きくなる、つまり、溝が深くなるほど、鉄損が改善する傾向にある。特に、溝部の最深点の深さdが1.0μm以上になると高い鉄損改善効果が得られることがわかる。この理由について、発明者らは、溝部最深点の周辺の壁面に形成する自由磁極によって磁区細分化が促進されるためと考えている。 As can be seen from FIG. 11, the greater the depth d of the deepest point of the groove, i.e., the deeper the groove, the greater the tendency for iron loss to improve. In particular, it can be seen that a high iron loss improvement effect can be obtained when the depth d of the deepest point of the groove is 1.0 μm or more. The inventors believe that the reason for this is that the free magnetic pole formed on the wall surface surrounding the deepest point of the groove promotes magnetic domain refinement.
図12より、磁歪高調波MHL15/50は、溝部の最深点の深さdに殆ど影響を受けないことがわかる。 It can be seen from FIG. 12 that the magnetostrictive harmonic MHL 15/50 is hardly affected by the depth d of the deepest point of the groove.
図13より、溝部の最深点の深さdが大きくなる、つまり、溝が深くなるほど、透磁率変化の指標となるΔB8が増加する傾向にある。特に、溝部の最深点の深さdが8.0μmを超えると、ΔB8が大幅に増加する傾向にある。この理由について、発明者らは、溝が深くなって空隙部である溝部の体積が増加したことにより、透磁率が劣化したためと考えている。 13, ΔB8 , which is an index of change in magnetic permeability, tends to increase as the depth d of the deepest point of the groove increases, that is, as the groove becomes deeper. In particular, when the depth d of the deepest point of the groove exceeds 8.0 μm, ΔB8 tends to increase significantly. The inventors believe that the reason for this is that the groove becomes deeper, increasing the volume of the groove, which is a void, and thus deteriorating the magnetic permeability.
以上の結果から、歪み取り焼鈍を施した後にも高い低鉄損、低磁歪、高透磁率を実現するためには、溝部の最深点の深さdは8.0μm未満とすることが好ましい。溝部の最深点の深さdは、より好ましくは7.0μm未満である。また、溝部の最深点の深さdは、より好ましくは1.0μm以上である。 Based on the above results, in order to achieve low iron loss, low magnetostriction, and high magnetic permeability even after stress relief annealing, it is preferable that the depth d of the deepest point of the groove is less than 8.0 μm. The depth d of the deepest point of the groove is more preferably less than 7.0 μm. Furthermore, the depth d of the deepest point of the groove is more preferably 1.0 μm or more.
(実験3)
一般的な製造工程にて製造した方向性電磁鋼板(鋼帯)から、複数の同一形状の試料を切り出し、JIS C2550に記載のエプスタイン法により、B8およびW17/50を測定した。B8およびW17/50の測定値はそれぞれ、1.9350Tおよび0.880W/kgであった。ついで、試料ごとに、圧延方向を横切るようにレーザーを照射し、試料を局所的に溶融―凝固させて試料の表面に線状の溶融凝固部および溶融凝固部によって画定される溝部を形成した。レーザーの出力密度は、ΔE≦-2の最深位置が15μmとなるように調整した。なお、レーザーの出力密度は、偏向速度v、走査直交方向のスポット径Φ、レーザー出力Pを用いて、P/(v・Φ)として表される。レーザー源としてはシングルモードファイバーレーザーを使用し、アシストガスなどは使用しなかった。また、レーザー照射は圧延方向に4.0mm間隔で行った。また、レーザーについて、シリンドリカルレンズを用いてレーザースポットの形状を走査方向に長軸を持つ楕円形状とし、試料ごとに楕円率を1.1~12の範囲で種々変化させて照射を行った。
(Experiment 3)
A number of samples of the same shape were cut out from grain-oriented electrical steel sheets (steel strips) manufactured by a general manufacturing process, and B 8 and W 17/50 were measured by the Epstein method described in JIS C2550. The measured values of B 8 and W 17/50 were 1.9350 T and 0.880 W/kg, respectively. Next, a laser was irradiated across the rolling direction for each sample, and the sample was locally melted and solidified to form a linear melted solidified portion and a groove defined by the melted solidified portion on the surface of the sample. The laser power density was adjusted so that the deepest position of ΔE≦-2 was 15 μm. The laser power density is expressed as P/(v·Φ) using the deflection speed v, the spot diameter Φ in the direction perpendicular to the scanning direction, and the laser output P. A single-mode fiber laser was used as the laser source, and no assist gas was used. The laser irradiation was performed at intervals of 4.0 mm in the rolling direction. In addition, a cylindrical lens was used to shape the laser spot into an ellipse having a major axis in the scanning direction, and irradiation was performed with the ellipticity changed variously within the range of 1.1 to 12 for each sample.
レーザー照射後、各試料に、窒素雰囲気下で800℃、3時間の条件で歪み取り焼鈍を施した。ついで、各試料について、JIS C2550に記載のエプスタイン法により、B8およびW17/50を測定した。また、各試料について、透磁率変化の指標としてΔB8(=[レーザー照射後の試料(以下、照射後試料ともいう)で測定したB8]-[レーザー照射前の試料(以下、照射前試料ともいう)で測定したB8])を算出した。また、実験1と同じ要領で、各照射後試料について、磁歪特性の指標となる磁歪高調波MHL15/50を求めた。
After the laser irradiation, each sample was subjected to stress relief annealing under a nitrogen atmosphere at 800°C for 3 hours. Next, B8 and W17 /50 were measured for each sample by the Epstein method described in JIS C2550. In addition, ΔB8 (=[B8 measured on the sample after laser irradiation (hereinafter also referred to as the post-irradiation sample)]-[ B8 measured on the sample before laser irradiation (hereinafter also referred to as the pre-irradiation sample)]) was calculated for each sample as an index of magnetic permeability change. In addition, in the same manner as in
ついで、各照射後試料について、その表面からレーザー顕微鏡を用いて溝部の深度プロファイルを作成し、溝部の幅W、溝部の最深点の深さd、および、極小値の数Nを測定した。なお、極大値の数はN-1となる。なお、溝部がない、つまり、鋼板の表面が平たんである場合、溝部の極小値および極大値の数はいずれも0となる。溝部の深度プロファイルの測定方法は後述する。 Next, for each post-irradiation sample, a depth profile of the groove was created from its surface using a laser microscope, and the groove width W, the depth d of the deepest point of the groove, and the number of minimum values N were measured. The number of maximum values is N-1. If there are no grooves, that is, if the surface of the steel plate is flat, the number of minimum values and maximum values in the groove will both be 0. The method for measuring the depth profile of the groove will be described later.
図14~図16に、上記の測定結果を、極小値の数Nごとに、d/W×100(%)に対してプロットして示す。
ここで、図14は、d/W×100と(照射後試料の)鉄損W17/50との関係を示すものである。
図15は、d/W×100と磁歪高調波MHL15/50との関係を示すものである。
図16は、d/W×100とΔB8との関係を示すものである。
14 to 16 show the above measurement results, plotted against d/W×100(%) for each number N of minimum values.
Here, FIG. 14 shows the relationship between d/W×100 and the core loss W 17/50 (of the irradiated sample).
FIG. 15 shows the relationship between d/W×100 and magnetostrictive harmonic MHL 15/50 .
FIG. 16 shows the relationship between d/W×100 and ΔB8 .
図14より、d/W×100が5%以上になると、高い鉄損改善効果が得られる傾向にある。この理由について、発明者らは、溶融凝固部によって画定される溝部の傾斜が垂直に近づく、または、深くまで溝部が形成されることにより、壁面に生成する磁極が増加するためと考えている。また、極小値の数Nが増えるほど、特には2以上になると、高い鉄損改善効果が得られることがわかる。この理由について、発明者らは、溶融部凝固部の形状が複雑化することによって、鋼板内部により大きな応力が残留し、より高磁場まで還流磁区を維持できるためと考えている。
As can be seen from Figure 14, when d/
図15より、d/W×100が20%以上になると、磁歪高調波MHL15/50が増加する傾向にある。特に、極小値の数Nが増えるほど、その傾向が顕著となる。この理由について、発明者らは、溶融凝固部の形状が複雑化するほど、鋼板内部により大きな応力が残留し、還流磁区がより多く生成するためと考えている。 15, when d/W×100 is 20% or more, the magnetostriction harmonic MHL 15/50 tends to increase. In particular, as the number N of minimum values increases, this tendency becomes more pronounced. The inventors believe that the reason for this is that as the shape of the molten solidified portion becomes more complex, greater stress remains inside the steel sheet, and more closure domains are generated.
図16より、透磁率変化の指標となるΔB8は、d/W×100および極小値の数Nに殆ど影響を受けないことがわかる。 From FIG. 16, it can be seen that ΔB8 , which is an index of change in magnetic permeability, is hardly affected by d/W×100 and the number N of minimum values.
以上の結果から、歪み取り焼鈍を施した後にも高い低鉄損、低磁歪、高透磁率を実現するためには、d/W×100を5%以上20%未満とし、かつ、極小値の数Nを2つ以上とすることが好ましい。d/W×100は、より好ましくは7%以上である。d/W×100は、より好ましくは18%以下である。
From the above results, in order to achieve low core loss, low magnetostriction, and high magnetic permeability even after stress relief annealing, it is preferable that d/
(実験4)
一般的な製造工程にて製造した方向性電磁鋼板(鋼帯)から、複数の同一形状の試料を切り出し、JIS C2550に記載のエプスタイン法により、B8およびW17/50を測定した。B8およびW17/50の測定値はそれぞれ、1.9350Tおよび0.880W/kgであった。ついで、試料ごとに、圧延方向を横切るようにレーザーを照射し、試料を局所的に溶融―凝固させて試料の表面に線状の溶融凝固部および溶融凝固部によって画定される溝部を形成した。レーザーの出力密度は、ΔE≦-2の最深位置が20μm、溝部の深度プロファイルにおける極小値の数Nが2つ、d/W×100が10%となるように調整した。なお、レーザーの出力密度は、偏向速度v、走査直交方向のスポット径Φ、レーザー出力Pを用いて、P/(v・Φ)として表される。レーザー源としてはシングルモードファイバーレーザーを使用し、アシストガスなどは使用しなかった。また、レーザー照射の圧延方向の間隔は、試料ごとに、0.5~7.0mmの範囲で種々変化させて行った。また、レーザーについて、回折光学素子を用いてレーザースポットの形状を走査方向が延伸方向となる線分形状として、圧延方向のスポット幅Lwに対する線分長さLlの比であるLl/Lwを1.1~6の範囲で種々変化させて照射を行った。
(Experiment 4)
A number of samples of the same shape were cut out from grain-oriented electrical steel sheets (steel strips) manufactured by a general manufacturing process, and B 8 and W 17/50 were measured by the Epstein method described in JIS C2550. The measured values of B 8 and W 17/50 were 1.9350 T and 0.880 W/kg, respectively. Next, a laser was irradiated across the rolling direction for each sample, and the sample was locally melted and solidified to form a linear melted solidified portion and a groove portion defined by the melted solidified portion on the surface of the sample. The laser power density was adjusted so that the deepest position of ΔE≦-2 was 20 μm, the number N of minimum values in the depth profile of the groove was two, and d/W×100 was 10%. The laser power density is expressed as P/(v·Φ) using the deflection speed v, the spot diameter Φ in the direction perpendicular to the scan, and the laser power P. A single-mode fiber laser was used as the laser source, and no assist gas was used. The rolling direction interval of the laser irradiation was varied in the range of 0.5 to 7.0 mm for each sample. The shape of the laser spot was set to a line segment shape in which the scanning direction was the stretching direction using a diffractive optical element, and the ratio of the line segment length Ll to the spot width Lw in the rolling direction, Ll/Lw, was varied in the range of 1.1 to 6.
レーザー照射後、各試料に、窒素雰囲気下で800℃、3時間の条件で歪み取り焼鈍を施した。ついで、各試料について、JIS C2550に記載のエプスタイン法により、B8およびW17/50を測定した。また、各試料について、透磁率変化の指標としてΔB8(=[レーザー照射後の試料(以下、照射後試料ともいう)で測定したB8]-[レーザー照射前の試料(以下、照射前試料ともいう)で測定したB8])を算出した。また、実験1と同じ要領で、各照射後試料について、磁歪特性の指標となる磁歪高調波MHL15/50を求めた。
After the laser irradiation, each sample was subjected to stress relief annealing under a nitrogen atmosphere at 800°C for 3 hours. Next, B8 and W17 /50 were measured for each sample by the Epstein method described in JIS C2550. In addition, ΔB8 (=[B8 measured on the sample after laser irradiation (hereinafter also referred to as the post-irradiation sample)]-[ B8 measured on the sample before laser irradiation (hereinafter also referred to as the pre-irradiation sample)]) was calculated for each sample as an index of magnetic permeability change. In addition, in the same manner as in
図17~図19に、上記の測定結果を、レーザー照射の圧延方向の間隔、つまり、溶融凝固部の圧延方向における間隔(以下、溶融凝固部の間隔ともいう)に対してプロットして示す。
ここで、図17は、溶融凝固部の間隔と(照射後試料の)鉄損W17/50との関係を示すものである。
図18は、溶融凝固部の間隔と磁歪高調波MHL15/50との関係を示すものである。
図19は、溶融凝固部の間隔とΔB8との関係を示すものである。
17 to 19 show the above measurement results plotted against the interval of laser irradiation in the rolling direction, that is, the interval of the molten solidified portion in the rolling direction (hereinafter also referred to as the interval of the molten solidified portion).
Here, FIG. 17 shows the relationship between the interval between the molten and solidified portions and the iron loss W 17/50 (of the irradiated sample).
FIG. 18 shows the relationship between the interval between the molten and solidified portions and the magnetostrictive harmonic MHL 15/50 .
FIG. 19 shows the relationship between the interval between the molten and solidified portions and ΔB8 .
図17より、溶融凝固部の間隔が小さくなるほど、高い鉄損改善効果が得られる傾向にある。この理由について、発明者らは、溶融凝固部の間隔が小さくなることによって溶融凝固部、ひいては、還流磁区と主磁区の界面の面積が増加し、磁極の総量が増加するためと考えている。 As can be seen from Figure 17, the smaller the spacing between the molten and solidified parts, the greater the iron loss improvement effect tends to be. The inventors believe that the reason for this is that as the spacing between the molten and solidified parts becomes smaller, the area of the molten and solidified parts, and therefore the interface area between the closure domain and the main domain, increases, and the total amount of magnetic poles increases.
図18より、溶融凝固部の間隔が小さくなるほど、磁歪高調波MHL15/50が増加する傾向にある。この理由について、発明者らは、還流磁区の総量が増加することによって、磁歪振動がより複雑化するためと考えている。 18, the smaller the interval between the molten and solidified parts, the more the magnetostrictive harmonics MHL 15/50 tend to increase. The inventors believe that the reason for this is that the magnetostrictive vibration becomes more complicated as the total number of closure domains increases.
図19より、透磁率変化の指標となるΔB8は、溶融凝固部の間隔に殆ど影響を受けないことがわかる。 From FIG. 19, it can be seen that ΔB8 , which is an index of change in magnetic permeability, is hardly affected by the interval between the molten and solidified portions.
以上の結果から、歪み取り焼鈍を施した後にも高い低鉄損、低磁歪、高透磁率を実現するためには、溶融凝固部の間隔を1.0mm以上5.0mm未満とすることが好ましい。溶融凝固部の間隔は、より好ましくは2.0mm以上である。溶融凝固部の間隔は、より好ましくは4.0mm以下である。 Based on the above results, in order to achieve low iron loss, low magnetostriction, and high magnetic permeability even after stress relief annealing, it is preferable to set the spacing between the molten solidified portions to 1.0 mm or more and less than 5.0 mm. The spacing between the molten solidified portions is more preferably 2.0 mm or more. The spacing between the molten solidified portions is more preferably 4.0 mm or less.
つぎに、上記の実験結果の基づき完成させた本発明の一実施形態に従う方向性電磁鋼板について説明する。
本発明の一実施形態に従う方向性電磁鋼板は、その一方の表面に周期的に圧延方向を横切る線状の溶融凝固部を有し、
該方向性電磁鋼板の圧延方向断面での該溶融凝固部の表面から板厚方向への異方性エネルギーの分布において、ΔE(KJ/m3)が負となる領域の最深位置が、該溶融凝固部の表面からの距離で4μm以上である、というものである。
ここで、ΔEは、次式(1)により定義される。
ΔE=Esub-ERD ・・・(1)
式(1)中、ERD(KJ/m3)およびEsub(KJ/m3)はそれぞれ、圧延方向における異方性エネルギー、および、結晶の[001]方位を圧延方向としたときの結晶の[010]方位または[100]方位における異方性エネルギーであり、次式(2)~(4)により求める。
なお、方向性電磁鋼板の圧延方向断面における異方性エネルギーの分布などの測定、および、後述する溝部の形状(深度プロファイル)に係る測定は、板幅中心位置で行えばよく、特に断りがなければ、板幅中心位置で測定したものである。
Next, a grain-oriented electrical steel sheet according to an embodiment of the present invention, which has been completed based on the above experimental results, will be described.
The grain-oriented electrical steel sheet according to one embodiment of the present invention has linear molten solidified portions periodically crossing the rolling direction on one surface thereof,
In the distribution of anisotropic energy from the surface of the molten solidified portion in the sheet thickness direction in the rolling direction cross section of the grain-oriented electrical steel sheet, the deepest position of the region where ΔE (KJ/m 3 ) is negative is a distance of 4 μm or more from the surface of the molten solidified portion.
Here, ΔE is defined by the following formula (1).
ΔE=E sub -E RD ...(1)
In formula (1), E RD (KJ/m 3 ) and E sub (KJ/m 3 ) are the anisotropic energy in the rolling direction, and the anisotropic energy in the crystal [010] orientation or [100] orientation when the crystal [001] orientation is the rolling direction, respectively, and are calculated by the following formulas (2) to (4).
Measurements of the distribution of anisotropic energy in the cross section in the rolling direction of the grain-oriented electrical steel sheet and measurements of the shape (depth profile) of the groove portion described later may be performed at the center position of the sheet width, and unless otherwise specified, the measurements are performed at the center position of the sheet width.
まず、本発明の一実施形態に従う方向性電磁鋼板は、その一方の表面に圧延方向を横切る線状の溶融凝固部を有することが重要である。ここで、溶融凝固部とは、方向性電磁鋼板の母材が、熱により溶融したのち、冷却されて凝固した領域である。また、通常、溶融凝固部に隣接して熱影響部が形成される。なお、溶融凝固部は、以下のようにして画定する。すなわち、方向性電磁鋼板の圧延方向断面が切断面となるように、方向性電磁鋼板を切断する。ついで、切断面に無歪み研磨を施す。ついで、当該研磨面について、EBSD(Electron BackScatter Diffractoin)により結晶方位差を解析し、KAM(Karnel Average Misorientation)値の測定を行う。そして、KAM値が3.0°以上の領域を溶融凝固部、後述するEBSD Wilkinson法で解析したひずみ分布において弾性ひずみが残留する領域でかつKAM値が3.0°未満の領域を熱影響部、その他の領域(弾性ひずみが残留しない領域でかつKAM値が3.0°未満の領域)を母材部とする。 First, it is important that the grain-oriented electrical steel sheet according to one embodiment of the present invention has a linear molten solidified portion on one surface that crosses the rolling direction. Here, the molten solidified portion is a region in which the base material of the grain-oriented electrical steel sheet is melted by heat, cooled, and solidified. In addition, a heat-affected zone is usually formed adjacent to the molten solidified portion. The molten solidified portion is defined as follows. That is, the grain-oriented electrical steel sheet is cut so that the rolling direction cross section of the grain-oriented electrical steel sheet becomes the cut surface. Next, distortion-free polishing is performed on the cut surface. Next, the crystal orientation difference of the polished surface is analyzed by EBSD (Electron Backscatter Diffractoin), and the KAM (Karnel Average Misorientation) value is measured. The area with a KAM value of 3.0° or more is the molten solidified area, the area with residual elastic strain in the strain distribution analyzed by the EBSD Wilkinson method described below and with a KAM value of less than 3.0° is the heat-affected area, and the other areas (areas with no residual elastic strain and with a KAM value of less than 3.0°) are the base material area.
なお、特許文献2に記載されるよう非耐熱型磁区細分化技術では、歪み取り焼鈍によって非耐熱型磁区細分化により鋼板内部に導入された熱歪み、ひいては当該熱歪みによる鋼板内部の残留応力が解放される。これに対し、本発明の一実施形態に従う方向性電磁鋼板では、歪み取り焼鈍を行っても、溶融凝固部により生じる鋼板内部の残留応力が維持される。
この理由について、発明者らは次のように考えている。
すなわち、鋼板を局所的に加熱して溶融させた場合、溶融金属の状態から急激に冷却されて凝固する。この過程を経ることによって、溶融部の相変態によるひずみが十分に解消される前に凝固が完了したためと推定している。特に、溶融凝固部が、該溶融凝固部によって画定される溝部の深度プロファイルにおいて複数の極小値を持つような複雑な形状を取ることにより、こうした残留ひずみが大きくなるものと考えている。
In the non-heat-resistant magnetic domain refinement technique described in
The inventors consider the reason for this to be as follows.
That is, when a steel plate is locally heated and melted, it is rapidly cooled from the molten metal state and solidified. It is presumed that this process causes solidification to be completed before the distortion caused by the phase transformation of the molten part is fully eliminated. In particular, it is believed that such residual distortion becomes large because the molten solidified part has a complex shape with multiple minimum values in the depth profile of the groove part defined by the molten solidified part.
そして、本発明の一実施形態に従う方向性電磁鋼板では、ΔE<0の最深位置を、溶融凝固部の表面からの(板厚方向での)距離で4μm以上とする、換言すれば、ΔEが負となる領域が、溶融凝固部の表面から4μm以上の深さまで延在することが必要である。 In a grain-oriented electrical steel sheet according to one embodiment of the present invention, the deepest position where ΔE<0 is a distance (in the sheet thickness direction) from the surface of the molten solidified portion of the sheet must be 4 μm or more; in other words, the region where ΔE is negative must extend to a depth of 4 μm or more from the surface of the molten solidified portion.
ΔE<0の最深位置:溶融凝固部の表面からの距離で4μm以上
上述した実験結果より、ΔE<0の最深位置は、溶融凝固部の表面からの距離で4μm以上とすることが必要である。ΔE<0の最深位置の好適範囲は、上述した実験結果に示したとおりである。
Deepest position of ΔE<0: 4 μm or more from the surface of the molten solidified portion According to the above-mentioned experimental results, the deepest position of ΔE<0 must be 4 μm or more from the surface of the molten solidified portion. The preferred range of the deepest position of ΔE<0 is as shown in the above-mentioned experimental results.
また、ΔE≦-2の最深位置の好適範囲も、上述した実験結果に示したとおりである。なお、ΔE≦-2の最深位置は、溶融凝固部の表面からの(板厚方向での)距離で4μm~40μmとすることが最も好ましい。 The preferred range for the deepest position where ΔE≦-2 is also as shown in the experimental results described above. The deepest position where ΔE≦-2 is most preferably a distance (in the plate thickness direction) from the surface of the molten solidified portion of 4 μm to 40 μm.
ここで、ΔE<0の最深位置およびΔE≦-2の最深位置は、方向性電磁鋼板の圧延方向断面での溶融凝固部の表面から板厚方向への異方性エネルギーの分布から求める。異方性エネルギーの分布における各位置での異方性エネルギーは、基本的に1μmピッチで算出する。ただし、一定の傾向が把握できる領域についてはより大きなピッチ、例えば、5~10μmピッチで、異方性エネルギー算出してもよい。 Here, the deepest position where ΔE<0 and the deepest position where ΔE≦-2 are determined from the distribution of anisotropic energy in the thickness direction from the surface of the molten solidified part in the rolling direction cross section of the grain-oriented electrical steel sheet. The anisotropic energy at each position in the distribution of anisotropic energy is basically calculated at 1 μm pitch. However, for areas where a certain trend can be grasped, the anisotropic energy may be calculated at a larger pitch, for example, 5 to 10 μm pitch.
例えば、異方性エネルギーの分布において、溶融凝固部の表面から深さ10μmの位置までのΔEがいずれも負で、深さ11μmの位置でのΔEが正である場合、ΔE<0の最深位置は10μmとなる。同様に、溶融凝固部の表面から深さ10μmの位置までのΔEがいずれも-2KJ/m3以下で、深さ11μmの位置でのΔEが-1KJ/m3である場合、ΔE≦-2の最深位置は10μmとなる。 For example, in the distribution of anisotropic energy, if ΔE from the surface of the molten solidified portion to a position of 10 μm deep is negative and ΔE at a position of 11 μm deep is positive, the deepest position of ΔE < 0 is 10 μm. Similarly, if ΔE from the surface of the molten solidified portion to a position of 10 μm deep is -2 KJ / m 3 or less and ΔE at a position of 11 μm deep is -1 KJ / m 3 , the deepest position of ΔE ≦ -2 is 10 μm.
また、方向性電磁鋼板の圧延方向断面での該溶融凝固部の表面から板厚方向への異方性エネルギーの分布(種々の深さ位置でのΔE)は、方向性電磁鋼板の圧延方向断面での溶融凝固部の表面から板厚方向への歪み分布(種々の深さ位置でのεRD、εTDおよびεND)から上掲式(1)~(4)を用いて作成する。また、方向性電磁鋼板の圧延方向断面での溶融凝固部の表面から板厚方向への歪み分布(種々の深さ位置でのεRD、εTDおよびεND)は、EBSD Wilkinson法により求める。EBSD Wilkinson法では、方向性電磁鋼板の圧延方向断面に電子線を照射し、測定点毎に菊池パターンを取得する。そして、無歪み点を参照点として、CrossCourtなどの解析ソフトを使用して、各測定点における菊池パターンの変形量から歪み量を算出する。なお、溶融凝固部によって画定される溝部が存在する場合には、圧延方向断面での溝部の最深点から板厚方向への歪み分布を測定し、異方性エネルギーの分布を作成すればよい。溝部が存在しない(鋼板表面が平たんである)場合には、圧延方向断面での溶融凝固部の表面の幅中心部から板厚方向への歪み分布を測定し、異方性エネルギーの分布を作成すればよい。 In addition, the distribution of anisotropic energy from the surface of the molten solidified portion in the rolling direction cross section of the grain-oriented electrical steel sheet to the sheet thickness direction (ΔE at various depth positions) is created using the above formulas (1) to (4) from the strain distribution from the surface of the molten solidified portion in the rolling direction cross section of the grain-oriented electrical steel sheet to the sheet thickness direction (ε RD , ε TD and ε ND at various depth positions). In addition, the strain distribution from the surface of the molten solidified portion in the rolling direction cross section of the grain-oriented electrical steel sheet to the sheet thickness direction (ε RD , ε TD and ε ND at various depth positions) is obtained by the EBSD Wilkinson method. In the EBSD Wilkinson method, an electron beam is irradiated to the rolling direction cross section of the grain-oriented electrical steel sheet, and a Kikuchi pattern is obtained for each measurement point. Then, using the no-strain point as a reference point, the amount of strain is calculated from the deformation amount of the Kikuchi pattern at each measurement point using analysis software such as CrossCourt. In addition, when a groove portion defined by the molten solidified portion exists, the strain distribution from the deepest point of the groove portion in the rolling direction cross section to the plate thickness direction is measured, and the distribution of anisotropic energy is created. When no groove portion exists (the steel plate surface is flat), the strain distribution from the width center of the surface of the molten solidified portion in the rolling direction cross section to the plate thickness direction is measured, and the distribution of anisotropic energy is created.
また、本発明の一実施形態に従う方向性電磁鋼板は、上記の溶融凝固部によって画定される溝部を有することが好ましい。なお、図1のように、溝部の深度プロファイルにおいて、2つの極小値が存在する場合にも、1の溶融凝固部によって溝が画定される(溝の壁面、底部(谷部)および山部が1の溶融凝固部によって構成される)場合には、1つの溝部として捉えるものとする。 In addition, it is preferable that the grain-oriented electrical steel sheet according to one embodiment of the present invention has a groove portion defined by the above-mentioned molten solidified portion. Even if there are two minimum values in the depth profile of the groove portion as shown in Figure 1, if the groove is defined by one molten solidified portion (the wall surface, bottom (valley portion), and peak portion of the groove are composed of one molten solidified portion), it is considered to be one groove portion.
ここで、溝部の形状は、溝部の深度プロファイルにおいて、溝部の最深点の深さdが8μm未満であることが好ましい。その理由は、上述した実験結果に示したとおりである。また、溝部の最深点の深さdのより好適な範囲も、上述した実験結果に示したとおりである。 Here, it is preferable that the shape of the groove is such that the depth d of the deepest point of the groove in the depth profile of the groove is less than 8 μm. The reason for this is as shown in the experimental results described above. In addition, a more preferable range for the depth d of the deepest point of the groove is also as shown in the experimental results described above.
また、溝部の深度プロファイルにおいて、極小値が2つ以上存在し、溝部の幅Wに対する溝部の最深点の深さdの比率であるd/W×100(%)が5%以上20%未満であることが好ましい。その理由は、上述した実験結果に示したとおりである。また、極小値の数Nおよびd/W×100(%)のより好適な範囲も、上述した実験結果に示したとおりである。 It is also preferable that the depth profile of the groove has two or more minimum values, and that the ratio of the depth d of the deepest point of the groove to the width W of the groove, d/W×100(%), is 5% or more and less than 20%. The reason for this is as shown in the experimental results described above. The number N of minimum values and the more preferable range of d/W×100(%) are also as shown in the experimental results described above.
ここで、溝部の深度プロファイルは、以下のようにして作成する。
すなわち、レーザー顕微鏡を用いて、方向性電磁鋼板の鋼板表面を観察し、溶融凝固部の延伸方向に垂直な方向に沿って溝部の深さを1μmピッチで連続的に測定する。そして、板厚方向において、溝部(溶融凝固部)が存在する側を+、反対側を-、鋼板表面レベルを0として、測定した溝部の深さを3点移動平均法により平滑化(スムージング)してからプロットし、溝部の深度プロファイルを作成する。そして、作成した溝部の深度プロファイルから、極小値および極大値を取る点を確定し、極小値および極大値を取る点の数を求める。また、溝部の深度プロファイルにおいて、最小値を取る点の鋼板表面からの距離を、溝部の最深点の深さdとする。
Here, the depth profile of the groove is created as follows.
That is, the surface of the grain-oriented electrical steel sheet is observed using a laser microscope, and the depth of the groove is continuously measured at 1 μm pitch along the direction perpendicular to the extension direction of the molten solidified part. Then, in the sheet thickness direction, the side where the groove (molten solidified part) exists is set as +, the opposite side is set as -, and the steel sheet surface level is set as 0. The measured depth of the groove is smoothed (smoothed) by a three-point moving average method and then plotted to create a depth profile of the groove. Then, from the created depth profile of the groove, the points at which the minimum and maximum values are taken are determined, and the number of points at which the minimum and maximum values are taken is obtained. In addition, the distance from the surface of the steel sheet to the point at which the minimum value is taken in the depth profile of the groove is set as the depth d of the deepest point of the groove.
加えて、溝部の幅Wは、図20に示すように、鋼板表面の位置レベルにおける溶融凝固部の延伸垂直方向での溝端部間の距離として、測定する。なお、図20は、溶融凝固部(溝部)の断面形状の一例を示す模式図であり、紙面に垂直な方向は溶融凝固部(溝部)の延伸方向である。 In addition, the width W of the groove is measured as the distance between the ends of the groove in the direction perpendicular to the extension of the molten solidified portion at the level of the steel plate surface, as shown in Figure 20. Note that Figure 20 is a schematic diagram showing an example of the cross-sectional shape of the molten solidified portion (groove), and the direction perpendicular to the paper surface is the extension direction of the molten solidified portion (groove).
なお、溝部の深度プロファイルの極大値は、溶融凝固部が鋼板表面から突出しない、つまり、0μm未満であることが好ましい。この理由は、溶融凝固部が鋼板表面よりも板厚方向の外側へ突出すると、変圧器鉄心として方向性電磁鋼板を積層した際に、占積率の低下や、積層時の上面にある鋼板に対して歪みが導入され、鉄損・騒音の劣化を招くためである。また、溝部の深度プロファイルの極大値は、好ましくは-d(μm)超、より好ましくは-d/2(μm)以上である。 The maximum value of the depth profile of the groove is preferably such that the molten solidified portion does not protrude from the surface of the steel sheet, i.e., is less than 0 μm. The reason for this is that if the molten solidified portion protrudes outward in the thickness direction from the surface of the steel sheet, when the grain-oriented electromagnetic steel sheets are stacked as a transformer core, the space factor decreases and distortion is introduced into the steel sheet on the upper surface during stacking, resulting in deterioration of iron loss and noise. The maximum value of the depth profile of the groove is preferably greater than -d (μm), and more preferably greater than -d/2 (μm).
さらに、溶融凝固部の間隔は、1.0mm以上5.0mm未満が好適である。その理由は、上述した実験結果に示したとおりである。また、溶融凝固部の間隔のより好適な範囲も、上述した実験結果に示したとおりである。 Furthermore, the spacing between the molten solidified portions is preferably 1.0 mm or more and less than 5.0 mm. The reason for this is as shown in the experimental results described above. Furthermore, the more preferable range for the spacing between the molten solidified portions is also as shown in the experimental results described above.
ここで、溶融凝固部の間隔とは、圧延方向における溶融凝固部の中心間距離である。 Here, the spacing between the molten solidified portions is the center-to-center distance between the molten solidified portions in the rolling direction.
また、溶融凝固部の延伸方向は、板幅方向(圧延直角な方向)から傾くほど、還流磁区と主磁区の界面に生じる磁極が減少し、磁区細分化効果は劣化する傾向にある。したがって、溶融凝固部の延伸方向と板幅方向の成す角は±30°以内とすることが好ましい。 In addition, the more the extension direction of the molten solidified portion is tilted from the plate width direction (the direction perpendicular to the rolling direction), the fewer magnetic poles are generated at the interface between the closure domain and the main magnetic domain, and the effect of magnetic domain refinement tends to deteriorate. Therefore, it is preferable that the angle between the extension direction of the molten solidified portion and the plate width direction is within ±30°.
また、本発明の一実施形態に従う方向性電磁鋼板の成分組成は特に限定されるものではないが、例えば、好適成分組成として、
C:50質量ppm以下、
Si:2.0~8.0質量%、
Mn:0.005~1.0質量%、
Al:0.065質量%以下、
N:0.0120質量%以下、
S:0.030質量%以下および
Se:0.030質量%以下
であり、
任意に、
Ni:1.50質量%以下、Sn:1.50質量%以下、Sb:1.50質量%以下、Cu:3.0質量%以下、P:0.50質量%以下、Mo:0.10質量%以下、および、Cr:1.50質量%以下のうちから選ばれる1種以上を含有し、
残部がFeおよび不可避的不純物である成分組成を例示できる。以下、それぞれの元素の好適な含有量について、説明する。
The composition of the grain-oriented electrical steel sheet according to an embodiment of the present invention is not particularly limited. For example, a preferred composition is as follows:
C: 50 mass ppm or less,
Si: 2.0 to 8.0% by mass,
Mn: 0.005 to 1.0% by mass,
Al: 0.065% by mass or less,
N: 0.0120% by mass or less,
S: 0.030% by mass or less and Se: 0.030% by mass or less;
Optionally,
Contains one or more selected from Ni: 1.50% by mass or less, Sn: 1.50% by mass or less, Sb: 1.50% by mass or less, Cu: 3.0% by mass or less, P: 0.50% by mass or less, Mo: 0.10% by mass or less, and Cr: 1.50% by mass or less;
The balance is Fe and unavoidable impurities. The preferred content of each element will be described below.
C:50質量ppm以下
Cは、熱延板組織の改善のためにスラブに含有させることができる。ただし、製造工程中に磁気時効の発生を回避するため、脱炭焼鈍により、スラブに含有させたC含有量は好ましくは50質量ppm以下にまで低減され、最終製品である方向性電磁鋼板のC含有量もこれと同等となる。よって、C含有量は50質量ppm以下が好ましい。なお、C含有量の下限は特に限定されず、0質量ppmであってもよい。
C: 50 ppm by mass or less C can be contained in the slab to improve the hot-rolled sheet structure. However, in order to avoid the occurrence of magnetic aging during the manufacturing process, the C content contained in the slab is preferably reduced to 50 ppm by mass or less by decarburization annealing, and the C content of the final product, the grain-oriented electrical steel sheet, is also equivalent to this. Therefore, the C content is preferably 50 ppm by mass or less. The lower limit of the C content is not particularly limited and may be 0 ppm by mass.
Si:2.0~8.0質量%
Siは、鋼の電気抵抗を増大させ鉄損を改善するのに有効な元素である。そのため、Si含有量が2.0質量%以上とすることが好ましい。ただし、Si含有量が8.0質量%を超えると、加工性および通板性の劣化や、磁束密度の低下を招くおそれがある。そのため、Si含有量は2.0~8.0質量%の範囲とすることが好ましい。
Si: 2.0 to 8.0% by mass
Silicon is an element that is effective in increasing the electrical resistance of steel and improving iron loss. Therefore, the silicon content is preferably 2.0 mass% or more. However, if the silicon content exceeds 8.0 mass%, there is a risk of deterioration in workability and threadability, and a decrease in magnetic flux density. Therefore, the silicon content is preferably in the range of 2.0 to 8.0 mass%.
Mn:0.005~1.0質量%
Mnは、熱間加工性を向上させるうえで有用な元素である。そのため、Mn含有量は0.005質量%以上とすることが好ましい。一方、Mn含有量が1.0質量%を超えると、磁束密度の低下を招くおそれがある。そのため、Mn含有量は0.005~1.0質量%の範囲とすることが好ましい。
Mn: 0.005 to 1.0% by mass
Mn is an element useful for improving hot workability. Therefore, the Mn content is preferably 0.005 mass% or more. On the other hand, if the Mn content exceeds 1.0 mass%, there is a risk of a decrease in magnetic flux density. Therefore, the Mn content is preferably in the range of 0.005 to 1.0 mass%.
Al:0.065質量%以下、N:0.0120質量%以下、S:0.030質量%以下およびSe:0.030質量%以下
後述するように、方向性電磁鋼板のスラブの成分組成は、インヒビターを利用する成分組成であっても、インヒビターを利用しない成分組成であってもよいが、いずれの成分組成であっても、最終製品である方向性電磁鋼板では、Al:0.065質量%以下、N:0.0120質量%以下、S:0.030質量%以下およびSe:0.030質量%以下とすることが好ましい。また、インヒビターを利用する成分組成であっても、最終焼鈍において純化が行われる場合、インヒビター成分は除去される。よって、これらの元素の含有量はそれぞれ、より好適にはAl:0.010質量%以下、N:0.0050質量%以下、S:0.0050質量%以下およびSe:0.0050質量%以下である。なお、これらの元素の含有量の下限は特に限定されず、0質量%であってもよい。
Al: 0.065% by mass or less, N: 0.0120% by mass or less, S: 0.030% by mass or less, and Se: 0.030% by mass or less As described later, the composition of the grain-oriented electrical steel sheet slab may be a composition that uses an inhibitor or a composition that does not use an inhibitor, but in either composition, the grain-oriented electrical steel sheet, which is the final product, is preferably Al: 0.065% by mass or less, N: 0.0120% by mass or less, S: 0.030% by mass or less, and Se: 0.030% by mass or less. Even in the case of a composition that uses an inhibitor, if purification is performed in the final annealing, the inhibitor components are removed. Therefore, the contents of these elements are more preferably Al: 0.010% by mass or less, N: 0.0050% by mass or less, S: 0.0050% by mass or less, and Se: 0.0050% by mass or less, respectively. The lower limit of the content of these elements is not particularly limited, and may be 0 mass %.
任意添加成分として、Ni:1.50質量%以下、Sn:1.50質量%以下、Sb:1.50質量%以下、Cu:3.0質量%以下、P:0.50質量%以下、Mo:0.10質量%以下、および、Cr:1.50質量%以下のうちから選ばれる1種以上
Niは、熱延板組織を改善して磁気特性を向上させるために有効な元素である。そのため、Niを含有させる場合には、その含有量を0.03質量%以上とすることが好ましい。ただし、Ni含有量が1.50質量%を超えると、二次再結晶が不安定となり磁気特性が劣化するおそれがある。そのため、Niを含有させる場合、その含有量は1.50質量%以下が好ましい。
As optional added components, at least one selected from Ni: 1.50 mass% or less, Sn: 1.50 mass% or less, Sb: 1.50 mass% or less, Cu: 3.0 mass% or less, P: 0.50 mass% or less, Mo: 0.10 mass% or less, and Cr: 1.50 mass% or less Ni is an element effective for improving the hot rolled sheet structure and improving the magnetic properties. Therefore, when Ni is contained, its content is preferably 0.03 mass% or more. However, if the Ni content exceeds 1.50 mass%, the secondary recrystallization may become unstable and the magnetic properties may deteriorate. Therefore, when Ni is contained, its content is preferably 1.50 mass% or less.
また、Sn、Sb、Cu、P、MoおよびCrも磁気特性を向上させる元素である。そのため、これらの元素を含有させる場合には、Sn:0.01質量%以上、Sb:0.005質量%以上、Cu:0.03質量%以上、P:0.03質量%以上、Mo:0.005質量%以上、および、Cr:0.03質量%以上とすることが好ましい。ただし、Sn:1.50質量%超、Sb:1.50質量%超、Cu:3.0質量%超、P:0.50質量%超、Mo:0.10質量%超、および、Cr:1.50質量%超になると、二次再結晶粒の成長が抑制されるため、磁気特性が劣化するおそれがある。そのため、これらの元素を含有させる場合、Sn:1.50質量%以下、Sb:1.50質量%以下、Cu:3.0質量%以下、P:0.50質量%以下、Mo:0.10質量%以下、および、Cr:1.50質量%以下が好ましい。 In addition, Sn, Sb, Cu, P, Mo and Cr are also elements that improve magnetic properties. Therefore, when these elements are contained, it is preferable to set Sn: 0.01 mass% or more, Sb: 0.005 mass% or more, Cu: 0.03 mass% or more, P: 0.03 mass% or more, Mo: 0.005 mass% or more, and Cr: 0.03 mass% or more. However, if Sn: exceeds 1.50 mass%, Sb: exceeds 1.50 mass%, Cu: exceeds 3.0 mass%, P: exceeds 0.50 mass%, Mo: exceeds 0.10 mass%, and Cr: exceeds 1.50 mass%, the growth of secondary recrystallized grains is suppressed, and the magnetic properties may deteriorate. Therefore, when these elements are contained, it is preferable that Sn: 1.50 mass% or less, Sb: 1.50 mass% or less, Cu: 3.0 mass% or less, P: 0.50 mass% or less, Mo: 0.10 mass% or less, and Cr: 1.50 mass% or less.
上記以外の元素は、Fe(鉄)および不可避的不純物である。 Elements other than those mentioned above are Fe (iron) and unavoidable impurities.
なお、本発明の一実施形態に従う方向性電磁鋼板の板厚は、特に限定されないが、好ましくは0.15mm以上0.30mm以下である。 The thickness of the grain-oriented electrical steel sheet according to one embodiment of the present invention is not particularly limited, but is preferably 0.15 mm or more and 0.30 mm or less.
また、本発明の一実施形態に従う方向性電磁鋼板でいう「低鉄損であり、かつ、高い透磁率と良好な磁歪特性とを有する」とは、W17/50、ΔB8およびMHL15/50がそれぞれ、後述する実施例の合格基準を同時に満足することを意味する。 In addition, in the grain-oriented electrical steel sheet according to one embodiment of the present invention, "having low iron loss, high magnetic permeability and good magnetostriction characteristics" means that W 17/50 , ΔB 8 and MHL 15/50 each simultaneously satisfy the pass criteria of the examples described later.
つぎに、本発明の一実施形態に従う方向性電磁鋼板を製造するための方法の例を、説明する。 Next, an example of a method for manufacturing a grain-oriented electrical steel sheet according to one embodiment of the present invention will be described.
方向性電磁鋼板の鋼素材(スラブ)に、熱間圧延を施して熱延鋼帯とする。ついで、熱延鋼帯に、熱延板焼鈍を施す。ついで、熱延鋼帯に1回または2回以上の冷間圧延を施して、最終板厚の冷延鋼帯(以下、鋼帯ともいう)に仕上げる。ついで、鋼帯に、脱炭焼鈍を施し、MgOを主成分とする焼鈍分離剤を塗布する。ついで、鋼帯をコイル状に巻き取り、二次再結晶およびフォルステライト被膜の形成を目的とした最終焼鈍を施す。最終焼鈍後の鋼帯に、平坦化焼鈍を施した後、リン酸マグネシウム系の張力被膜を形成して製品となる鋼帯、さらには方向性電磁鋼板とする。なお、熱間圧延、熱延板焼鈍、冷間圧延、脱炭焼鈍、最終焼鈍および平坦化焼鈍などの条件については特に限定されず、常法に従えばよい。 The steel material (slab) of the grain-oriented electrical steel sheet is hot-rolled to form a hot-rolled steel strip. The hot-rolled steel strip is then annealed. The hot-rolled steel strip is then cold-rolled once or twice or more times to form a cold-rolled steel strip (hereinafter also referred to as steel strip) of the final thickness. The steel strip is then decarburized and coated with an annealing separator mainly composed of MgO. The steel strip is then wound into a coil and subjected to final annealing for the purpose of secondary recrystallization and the formation of a forsterite coating. After the final annealing, the steel strip is subjected to flattening annealing, and a magnesium phosphate-based tension coating is formed to form the product steel strip and grain-oriented electrical steel sheet. The conditions for hot rolling, hot-rolled steel annealing, cold rolling, decarburization annealing, final annealing, and flattening annealing are not particularly limited, and may be performed in the usual manner.
また、方向性電磁鋼板の鋼素材(スラブ)の成分組成は二次再結晶が生じる成分組成であれば、特に限定されるものではないが、上述した方向性電磁鋼板の好適成分組成が得られる成分組成とすることが好適である。
例えば、
C:0.08質量%以下、
Si:2.0~8.0質量%、
Mn:0.005~1.0質量%
Al:0.065質量%以下、
N:0.0120質量%以下、
S:0.030質量%以下および
Se:0.030質量%以下
であり、
任意に、
Ni:1.50質量%以下、Sn:1.50質量%以下、Sb:1.50質量%以下、Cu:3.0質量%以下、P:0.50質量%以下、Mo:0.10質量%以下、および、Cr:1.50質量%以下のうちから選ばれる1種以上を含有し、
残部がFeおよび不可避的不純物である成分組成を例示できる。
Furthermore, the composition of the steel material (slab) of the grain-oriented electrical steel sheet is not particularly limited as long as it is a composition that causes secondary recrystallization, but it is preferable that the composition be such that the above-mentioned preferred composition of the grain-oriented electrical steel sheet is obtained.
for example,
C: 0.08% by mass or less,
Si: 2.0 to 8.0% by mass,
Mn: 0.005 to 1.0% by mass
Al: 0.065% by mass or less,
N: 0.0120% by mass or less,
S: 0.030% by mass or less and Se: 0.030% by mass or less;
Optionally,
Contains one or more selected from Ni: 1.50% by mass or less, Sn: 1.50% by mass or less, Sb: 1.50% by mass or less, Cu: 3.0% by mass or less, P: 0.50% by mass or less, Mo: 0.10% by mass or less, and Cr: 1.50% by mass or less;
An example of the composition is a composition in which the balance is Fe and unavoidable impurities.
また、上記の成分組成において、インヒビターを利用する場合、例えば、AlN系インヒビターを利用する場合であればAlおよびNを含有させればよく、AlおよびNの好適含有量はそれぞれ以下のとおりである。
Al:0.010~0.065質量%
N:0.0050~0.0120質量%
また、MnS・MnSe系インヒビターを利用する場合であれば、上記のMnに加え、Seおよび/またはSを含有させればよく、SおよびSeの好適含有量はそれぞれ以下のとおりである。
S:0.005~0.030質量%
Se:0.005~0.030質量%
なお、AlN系インヒビターおよびMnS・MnSe系インヒビターの両方を併用してもよい。
In addition, in the above-mentioned component composition, when an inhibitor is used, for example, when an AlN-based inhibitor is used, Al and N may be contained, and the preferred contents of Al and N are as follows.
Al: 0.010 to 0.065% by mass
N: 0.0050 to 0.0120% by mass
When a MnS.MnSe-based inhibitor is used, Se and/or S may be contained in addition to the above-mentioned Mn, and the preferred contents of S and Se are as follows:
S: 0.005 to 0.030% by mass
Se: 0.005 to 0.030% by mass
Incidentally, both the AlN-based inhibitor and the MnS/MnSe-based inhibitor may be used in combination.
また、インヒビターを利用しない場合、Al、N、SおよびSeの好適含有量はそれぞれ以下のとおりである。
Al:0.010質量%以下
N:0.0050質量%以下
S:0.0050質量%以下
Se:0.0050質量%以下
When no inhibitor is used, the preferred contents of Al, N, S and Se are as follows:
Al: 0.010% by mass or less N: 0.0050% by mass or less S: 0.0050% by mass or less Se: 0.0050% by mass or less
また、Cは、熱延板組織の改善のためにスラブに含有させることができる。ただし、製造工程中に磁気時効の発生を回避するため、脱炭焼鈍により、スラブに含有させたC含有量を50質量ppm以下にまで低減することが好ましい。そのため、C含有量は0.08質量%以下が好ましい。なお、Cを含有させなくとも二次再結晶するので、C含有量の下限は特に限定されず、0質量%であってもよい。 C can also be added to the slab to improve the hot-rolled sheet structure. However, in order to avoid the occurrence of magnetic aging during the manufacturing process, it is preferable to reduce the C content in the slab to 50 mass ppm or less by decarburization annealing. Therefore, the C content is preferably 0.08 mass% or less. Note that since secondary recrystallization occurs even without adding C, there is no particular lower limit for the C content, and it may be 0 mass%.
上記以外の元素の限定理由は、基本的に、前述した方向性電磁鋼板の成分組成と同じなので、ここでは説明を省略する。 The reasons for limiting the elements other than those mentioned above are basically the same as the composition of the grain-oriented electrical steel sheet described above, so we will not explain them here.
そして、上記した冷間圧延以降のいずれかの工程、または、いずれかの工程の間に、方向性電磁鋼板(または鋼帯)の表面に溶融凝固部を形成する処理を施す。溶融凝固部の形成方法は、上述した溶融凝固部を形成できるものであれば特に限定されるものではないが、例えば、エネルギービームとして電子ビームまたはレーザーを照射する方法が挙げられる。以下、(A)電子ビームを照射する際の好適条件、および、(B)レーザーを照射する際の好適条件について説明する。 Then, in any of the steps after the above-mentioned cold rolling, or between any of the steps, a process is carried out to form a molten solidified portion on the surface of the grain-oriented electrical steel sheet (or steel strip). The method for forming the molten solidified portion is not particularly limited as long as it can form the above-mentioned molten solidified portion, but examples include a method of irradiating an electron beam or a laser as an energy beam. Below, (A) the preferred conditions for irradiating an electron beam and (B) the preferred conditions for irradiating a laser are explained.
(A)電子ビームを照射する際の好適条件
方向性電磁鋼板の表面に溶融凝固部を形成するには、例えば、透過能の高い電子ビームを利用することが有効である。特に、エネルギービームの照射部において母材の温度をその溶融温度よりも高めて母材を一定の深さまで溶融させる一方、溶融した金属の蒸発を防止、または、一定量に抑制するように、照射条件を制御することが必要である。このような制御は、例えば、方向性電磁鋼板の鋼種や板厚などに応じて、ビームの出力密度を0.1~1.0(J/mm2)の範囲で調整し、以下に示す各条件を以下の示す各範囲で調整することにより、実施することができる。なお、電子ビームの場合、ビームの出力密度は、偏向速度v、走査直交方向のスポット径Φ、電子ビーム出力Pを用いて、P/(v・Φ)として算出する。また、電子ビーム出力Pは、加速電圧×ビーム電流として算出する。なお、後述する実施例で使用した成分組成を有する方向性電磁鋼板では、0.1≦P(J/mm2)≦0.5の範囲で溶融凝固部を形成でき、0.5<P≦1.0(J/mm2)の範囲で溶融凝固部および該溶融凝固部によって画定される溝部が形成できた。ただし、電子ビーム出力Pが上記の範囲内であっても、偏向速度vや電子ビーム出力P、さらには方向性電磁鋼板の鋼種や板厚などによって、入熱量や温度履歴などが変わるため、熱歪みのみが導入されて溶融凝固部が形成されなかったり、溶融した金属が蒸発して溶融凝固部が形成されない場合がある。そのため、例えば、予備照射試験などを行って、方向性電磁鋼板の鋼種や板厚などに応じた適切な照射条件を事前に求めておくことが好ましい(後述するレーザー照射の場合も同様である)。
(A) Suitable conditions for irradiating electron beam In order to form a molten solidified portion on the surface of a grain-oriented electrical steel sheet, for example, it is effective to use an electron beam with high penetrability. In particular, it is necessary to control the irradiation conditions so that the temperature of the base material in the irradiated portion of the energy beam is raised above its melting temperature to melt the base material to a certain depth, while preventing the evaporation of the molten metal or suppressing it to a certain amount. Such control can be carried out, for example, by adjusting the beam output density in the range of 0.1 to 1.0 (J/mm 2 ) according to the steel type and plate thickness of the grain-oriented electrical steel sheet, and adjusting each of the conditions shown below in the ranges shown below. In the case of an electron beam, the beam output density is calculated as P/(v·Φ) using the deflection speed v, the spot diameter Φ in the direction perpendicular to the scan, and the electron beam output P. In addition, the electron beam output P is calculated as the acceleration voltage x beam current. In addition, in the grain-oriented electrical steel sheet having the component composition used in the examples described later, a molten solidified portion can be formed in the range of 0.1≦P (J/mm 2 ) ≦0.5, and a molten solidified portion and a groove portion defined by the molten solidified portion can be formed in the range of 0.5<P≦1.0 (J/mm 2 ). However, even if the electron beam output P is within the above range, the heat input and temperature history change depending on the deflection speed v, the electron beam output P, and further the steel type and plate thickness of the grain-oriented electrical steel sheet, so that only thermal strain may be introduced and the molten solidified portion may not be formed, or the molten metal may evaporate and the molten solidified portion may not be formed. Therefore, for example, it is preferable to perform a preliminary irradiation test or the like to determine appropriate irradiation conditions in advance according to the steel type and plate thickness of the grain-oriented electrical steel sheet (the same applies to the case of laser irradiation described later).
また、溶融凝固部によって画定される溝部の形成、および、当該溝部の形状の制御は、上記のように出力密度を調整し、さらに、走査方向に長軸を持つような楕円形状や線分形状、点列形状のビームエネルギー分布を有するようにしてスポット形状を調整することにより実施することができる。これによって、さらに高い効果が期待できる。 The formation of the groove defined by the molten solidified portion and the control of the shape of the groove can be achieved by adjusting the power density as described above, and further adjusting the spot shape to have a beam energy distribution with an elliptical shape, a line segment shape, or a point sequence shape with a major axis in the scanning direction. This is expected to produce even greater effects.
・加速電圧:60kV以上300kV以下
加速電圧は高い方が、電子の直進性が増加し、ビーム照射部外側への熱影響が低下するので好ましい。かかる理由から、加速電圧は60kV以上とすることが好ましい。加速電圧は、より好ましくは90kV以上、さらに好ましくは120kV以上である。一方、加速電圧を高くしすぎると、電子ビーム照射に伴って発生するX線の遮蔽が困難になる。そのため、実用上の観点から、加速電圧は300kV以下にすることが好ましい。加速電圧は、より好ましくは200kV以下である。
Acceleration voltage: 60 kV or more and 300 kV or less Higher acceleration voltages are preferable because they increase the linearity of electrons and reduce the thermal effect on the outside of the beam irradiation area. For this reason, it is preferable that the acceleration voltage is 60 kV or more. The acceleration voltage is more preferably 90 kV or more, and even more preferably 120 kV or more. On the other hand, if the acceleration voltage is too high, it becomes difficult to shield the X-rays generated by the electron beam irradiation. Therefore, from a practical standpoint, it is preferable that the acceleration voltage is 300 kV or less. The acceleration voltage is more preferably 200 kV or less.
・ビーム電流:0.5~40mA
ビーム電流は、ビーム径の観点から小さい方が好ましい。これは、電流を大きくするとクーロン反発によってビーム径が広がりやすいためである。そのため、ビーム電流は40mA以下が好ましい。一方、ビーム電流が小さすぎると、歪みを形成するためのエネルギーが不足するおそれがある。そのため、ビーム電流は0.5mA以上が好ましい。
・Beam current: 0.5 to 40 mA
From the viewpoint of beam diameter, it is preferable that the beam current is small. This is because if the current is large, the beam diameter is likely to expand due to Coulomb repulsion. Therefore, the beam current is preferably 40 mA or less. On the other hand, if the beam current is too small, there is a risk that the energy required to form distortion will be insufficient. Therefore, the beam current is preferably 0.5 mA or more.
・ビーム照射領域の真空度
電子ビームは、気体分子によって散乱を受け、ビーム径やハロー径の増大、エネルギーの減少等が発生する。そのため、ビーム照射領域の真空度が高い方が良く、圧力にして3Pa以下とすることが好ましい。下限については特に制限を設けないが、過度に低下させると、真空ポンプなどの真空系統にかかるコストが増大する。そのため、実用上は、1×10-5Pa以上の圧力とすることが好ましい。
Degree of vacuum in the beam irradiation region The electron beam is scattered by gas molecules, which causes an increase in the beam diameter and halo diameter, a decrease in energy, etc. Therefore, the higher the degree of vacuum in the beam irradiation region, the better, and the pressure is preferably 3 Pa or less. There is no particular lower limit, but if it is lowered too much, the cost of the vacuum system, such as the vacuum pump, will increase. Therefore, in practice, the pressure is preferably 1×10 −5 Pa or more.
・走査直交方向のスポット径:300μm以下
スポット径は、小さいほど局所的に歪みを導入することができるために好ましい。そのため、エネルギービームの走査直交方向のスポット径は300μm以下が好ましい。エネルギービームの走査直交方向のスポット径は、より好ましくは280μm以下、さらに好ましくは260μm以下である。エネルギービームの走査直交方向のスポット径の下限は特に限定されるものではないが、エネルギービームの走査直交方向のスポット径は、例えば、50μm以上が好ましい。なお、スポット径とは、幅30μmのスリットを用いてスリット法で取得したビームプロファイルの半値全幅を指す。
Spot diameter in the orthogonal direction to scan: 300 μm or less The smaller the spot diameter, the more localized the distortion can be introduced, which is preferable. Therefore, the spot diameter of the energy beam in the orthogonal direction to scan is preferably 300 μm or less. The spot diameter of the energy beam in the orthogonal direction to scan is more preferably 280 μm or less, and even more preferably 260 μm or less. The lower limit of the spot diameter of the energy beam in the orthogonal direction to scan is not particularly limited, but the spot diameter of the energy beam in the orthogonal direction to scan is preferably, for example, 50 μm or more. The spot diameter refers to the full width at half maximum of the beam profile obtained by the slit method using a slit with a width of 30 μm.
・走査直交方向のスポット径に対する走査方向のスポット径の比(=[走査方向のスポット径(μm)]÷[走査直交方向のスポット径(μm)]):1超20以下
走査直交方向のスポット径に対する走査方向のスポット径の比(以下、スポット径の比ともいう)が1に近くなるほど、スポットへの入熱量が増加し、母材となる鋼板の溶融が容易になる。ただし、入熱領域の集中によって、スパッタの飛散が起こりやすくなり、鉄心として積層した際の占積率が劣化するおそれがある。また、溝部の深さが過剰になるおそれもある。そのため、スポット径の比は、好ましくは1超、より好ましくは1.5以上、さらに好ましくは2以上である。一方、スポット径の比が増加するほど、入熱領域が増加する。そのため、スパッタの飛散は抑制できるが、鋼板の溶融のために必要な入熱エネルギーが増加する。この場合、レーザーであれば搬送系への負担の増加、電子ビームであれば電源容量の増加が懸念される。そのため、スポット径の比は20以下であることが好ましい。
Ratio of spot diameter in the scanning direction to spot diameter in the scanning orthogonal direction (= [spot diameter in the scanning direction (μm)] ÷ [spot diameter in the scanning orthogonal direction (μm)]): more than 1 and not more than 20. The closer the ratio of the spot diameter in the scanning direction to the spot diameter in the scanning orthogonal direction (hereinafter also referred to as the spot diameter ratio) is to 1, the more the heat input to the spot increases, and the easier it is to melt the steel sheet that serves as the base material. However, due to the concentration of the heat input area, spatter scattering is more likely to occur, and there is a risk of the space factor deteriorating when laminated as an iron core. There is also a risk of the groove portion becoming excessively deep. Therefore, the spot diameter ratio is preferably more than 1, more preferably 1.5 or more, and even more preferably 2 or more. On the other hand, the heat input area increases as the spot diameter ratio increases. Therefore, although the scattering of spatter can be suppressed, the heat input energy required to melt the steel sheet increases. In this case, there is a concern that the burden on the transport system will increase in the case of a laser, and the power supply capacity will increase in the case of an electron beam. Therefore, it is preferable that the spot diameter ratio is 20 or less.
なお、このようなスポット形状の実現方法として、例えば、電子ビームであれば、収束コイル中で走査方向および走査直交方向にローレンツ力を及ぼす方向の磁場分布を調整することにより、異なるスポット径を持つスポット形状に収束させることができる。
また、レーザーであれば、ビーム経路上にシリンドリカルレンズを設置し、走査方向、走査直交方向にビームの広がりを調整することで楕円形状とする方法や回折光学素子(回折光学素子)をビーム経路上に設置し、楕円形状・線分形状・点列形状にビームを集光させる方法が挙げられる。
As a method of realizing such a spot shape, for example, in the case of an electron beam, it is possible to converge the beam into spot shapes having different spot diameters by adjusting the magnetic field distribution in the focusing coil in the direction that exerts the Lorentz force in the scanning direction and the direction perpendicular to the scanning direction.
In the case of a laser, examples of the method include placing a cylindrical lens on the beam path and adjusting the spread of the beam in the scanning direction and the direction perpendicular to the scanning direction to form an elliptical shape, and placing a diffractive optical element on the beam path and focusing the beam into an elliptical shape, a line segment shape, or a dot sequence shape.
・偏向速度:5~400m/sec
エネルギービームの偏向速度は遅いほど、鋼板の単位長さあたりに入射する熱量を増加させることができる。しかしながら、エネルギービームの偏向速度を過度に低速化すると、金属蒸気の飛散によって鋼板表面にスパッタが付着し、鉄心として積層した際の占積率が劣化するおそれがある。また、溝部の深さが過剰になるおそれもある。そのため、エネルギービームの偏向速度は5m/sec以上が好ましい。エネルギービームの偏向速度は、より好ましくは8m/sec以上、さらに好ましくは10m/sec以上である。一方、エネルギービームの偏向速度を過度に高速化すると、鋼板の溶融に必要な入熱を与えるための電源容量が必要となり設備の大型化を招く。そのため、エネルギービームの偏向速度は400m/sec以下が好ましい。
・Deflection speed: 5-400m/sec
The slower the deflection speed of the energy beam, the more the amount of heat incident on the steel sheet per unit length can be increased. However, if the deflection speed of the energy beam is made too slow, spatters may adhere to the surface of the steel sheet due to the scattering of metal vapor, and the space factor may deteriorate when laminated as an iron core. In addition, the depth of the groove may become excessive. Therefore, the deflection speed of the energy beam is preferably 5 m/sec or more. The deflection speed of the energy beam is more preferably 8 m/sec or more, and further preferably 10 m/sec or more. On the other hand, if the deflection speed of the energy beam is made too fast, a power supply capacity is required to provide the heat input required for melting the steel sheet, leading to an increase in the size of the equipment. Therefore, the deflection speed of the energy beam is preferably 400 m/sec or less.
(B)レーザーを照射する際の好適条件
方向性電磁鋼板の表面に溶融凝固部を形成するには、例えば、金属への吸収率の高い400nm~1200nmの波長をもつレーザーを用いることが有効である。特に、エネルギービームの照射部において母材の温度をその溶融温度よりも高めて母材を一定の深さまで溶融させる一方、溶融した金属の蒸発を防止、または、一定量に抑制するように、照射条件を制御することが必要である。このような制御は、例えば、方向性電磁鋼板の鋼種や板厚などに応じて、0.1~1.0(J/mm2)の範囲で調整し、以下に示す各条件を以下の示す各範囲で調整することにより、実施することができる。なお、レーザーの場合、ビームの出力密度は、走査速度(偏向速度)v、スポット径Φ、レーザー出力Pを用いて、P/(v・Φ)として表される。
(B) Suitable conditions for irradiating a laser In order to form a molten solidified portion on the surface of a grain-oriented electrical steel sheet, it is effective to use, for example, a laser having a wavelength of 400 nm to 1200 nm, which has a high absorption rate in metal. In particular, it is necessary to control the irradiation conditions so that the temperature of the base material in the irradiated portion of the energy beam is raised above its melting temperature to melt the base material to a certain depth, while preventing the evaporation of the molten metal or suppressing it to a certain amount. Such control can be carried out, for example, by adjusting the range of 0.1 to 1.0 (J/mm 2 ) according to the steel type and plate thickness of the grain-oriented electrical steel sheet, and adjusting each of the conditions shown below within each range shown below. In the case of a laser, the output density of the beam is expressed as P/(v·Φ) using the scanning speed (deflection speed) v, the spot diameter Φ, and the laser output P.
また、溶融凝固部によって画定される溝部の形成、および、当該溝部の形状の制御は、上記のように出力密度を調整し、さらに、走査方向に長軸を持つような楕円形状や線分形状、点列形状のビームエネルギー分布を有するようにしてスポット形状を調整することにより実施することができ、これによって、さらに高い効果が期待できる。 In addition, the formation of the groove defined by the molten solidified portion and the control of the shape of the groove can be achieved by adjusting the power density as described above, and further adjusting the spot shape to have a beam energy distribution with an elliptical shape, a line segment shape, or a point sequence shape with a major axis in the scanning direction, which is expected to produce even greater effects.
・レーザー出力:50W以上5000W以下
レーザーの出力が低くなると、母材である鋼板を溶融させるために走査速度を低速化する必要がある。しかし、走査速度を過度に低速化すると、鋼板へのスパッタの飛散による占積率の低下や、製造効率の劣化を招く。また、溶融した金属の蒸発が生じ、溝部の深さが過剰になるおそれもある。一方、レーザー出力を高くすると、鋼板の溶融は容易になる。しかしながら、レーザー搬送系へのダメージが増加し、メンテナンス頻度の増加による製造効率の低下を招くおそれがある。そのため、レーザーの出力は50W以上5000W以下が好ましい。
Laser output: 50W or more and 5000W or less When the laser output is low, it is necessary to slow down the scanning speed in order to melt the base material, which is the steel plate. However, if the scanning speed is slowed down too much, the space factor will decrease due to the scattering of spatter on the steel plate, and the manufacturing efficiency will deteriorate. In addition, the molten metal may evaporate, and the groove may become excessively deep. On the other hand, if the laser output is increased, the steel plate will be easily melted. However, damage to the laser transport system may increase, and the manufacturing efficiency may decrease due to the increased frequency of maintenance. Therefore, the laser output is preferably 50W or more and 5000W or less.
なお、走査直交方向のスポット径、スポット径の比、および、走査速度(偏向速度)の好適範囲については、(A)電子ビームを照射する際の好適条件と同じなので、ここでは説明を省略する。 The preferred ranges for the spot diameter in the direction perpendicular to the scanning direction, the spot diameter ratio, and the scanning speed (deflection speed) are the same as those for the preferred conditions for irradiating the electron beam (A), so a description of them will be omitted here.
なお、方向性電磁鋼板に曲げ加工などを施した後に行う歪み取り焼鈍の条件としては、例えば、窒素雰囲気、処理温度:800℃、処理時間:3時間の条件を例示することができる。本発明の一実施形態に従う方向性電磁鋼板は、歪み取り焼鈍にも低鉄損であり、かつ、高い透磁率と良好な磁歪特性とを有するので、変圧器、特に、巻鉄心変圧器などの鉄心材料として、極めて有利に用いることができる。 The conditions for the stress relief annealing performed after bending or other processing on the grain-oriented electrical steel sheet can be exemplified as follows: nitrogen atmosphere, treatment temperature: 800°C, treatment time: 3 hours. The grain-oriented electrical steel sheet according to one embodiment of the present invention has low core loss even during stress relief annealing, and has high magnetic permeability and good magnetostriction characteristics, so it can be used extremely advantageously as an iron core material for transformers, particularly wound core transformers.
上記した以外の条件については特に限定されず、常法に従えばよい。 Conditions other than those mentioned above are not particularly limited and may be performed in accordance with conventional methods.
つぎに、実施例に基づいて本発明を具体的に説明する。以下の実施例は、本発明の好適な一例を示すものであり、本実施例によって何ら限定を受けるものではない。本発明の趣旨に適合しうる範囲で変更を加えて実施することも可能であり、そのような様態でも本発明の技術範囲に含まれる。 Next, the present invention will be specifically described based on examples. The following examples are intended to illustrate preferred embodiments of the present invention, and are not intended to limit the scope of the present invention. The present invention may be modified within the scope of the invention, and such modifications are also within the scope of the present invention.
・実施例1
表1に示す成分組成(残部はFe及び不可避的不純物)を有する方向性電磁鋼板のスラブに熱間圧延を施して熱延鋼帯とした。ついで、熱延鋼帯に、熱延板焼鈍を施した。ついで、熱延鋼帯に、中間焼鈍を挟む2回の冷間圧延を施して、板厚0.23mmの冷延鋼帯(以下、鋼帯ともいう)とした。ついで、鋼帯に、脱炭焼鈍を施し、MgOを主成分とする焼鈍分離剤を塗布した。ついで、鋼帯をコイル状に巻き取り、二次再結晶およびフォルステライト被膜の形成を目的とする最終焼鈍を施した。
Example 1
A slab of grain-oriented electrical steel sheet having the composition shown in Table 1 (the balance being Fe and unavoidable impurities) was hot-rolled to obtain a hot-rolled steel strip. The hot-rolled steel strip was then subjected to hot-rolled sheet annealing. The hot-rolled steel strip was then subjected to two cold rolling processes with intermediate annealing in between to obtain a cold-rolled steel strip (hereinafter also referred to as steel strip) having a sheet thickness of 0.23 mm. The steel strip was then subjected to decarburization annealing and coated with an annealing separator mainly composed of MgO. The steel strip was then wound into a coil and subjected to final annealing for the purpose of secondary recrystallization and formation of a forsterite coating.
ついで、鋼帯に平坦化焼鈍を施した後、鋼帯の一方の面に、電子ビームまたはレーザーを照射して線状の溶融凝固部を形成した。この際、照射条件、具体的には、出力密度(加速電圧、ビーム電流、レーザー出力および偏向速度)を種々変化させた。また、スポット形状は楕円形状とし、スポット径の比を種々変化させた。なお、電子ビームおよびレーザー照射はいずれも、圧延方向に4mm間隔で行った。また、鋼帯の一部に、ビームの非照射領域を設けた。 Then, the steel strip was subjected to flattening annealing, and then one side of the steel strip was irradiated with an electron beam or laser to form a linear molten solidified portion. At this time, the irradiation conditions, specifically, the power density (accelerating voltage, beam current, laser output, and deflection speed) were variously changed. In addition, the spot shape was elliptical, and the spot diameter ratio was variously changed. Note that both the electron beam and the laser irradiation were performed at intervals of 4 mm in the rolling direction. In addition, a non-irradiated area was provided in a part of the steel strip.
ついで、鋼帯にリン酸マグネシウム系の張力被膜を形成させ、最終製品となる鋼帯(方向性電磁鋼板)を得た。なお、上記各工程において明記した以外の条件は、常法に従い行った。また、最終製品となる鋼帯の成分組成はいずれも、上記した本発明の一実施形態に従う方向性電磁鋼板の好適成分組成を満足するものであった。 Next, a magnesium phosphate-based tensile coating was formed on the steel strip to obtain the final product, a steel strip (grain-oriented electrical steel sheet). Note that conditions other than those specified in each of the above steps were carried out according to standard methods. In addition, the chemical composition of the steel strip that became the final product all satisfied the preferred chemical composition of the grain-oriented electrical steel sheet according to one embodiment of the present invention described above.
かくして得られた鋼帯に、歪み取り焼鈍を模擬した熱処理(窒素雰囲気、処理温度:800℃、処理時間:3時間)を施した。ついで、鋼帯の線状の溶融凝固部を形成した領域から試料を切り出し、モールドに埋め込み、鏡面化研磨を施した後、EBSD Wilkinson法により試料の圧延方向断面での歪み分布を求めた。そして、得られた各試料の歪み分布から、上掲式(1)~(4)を用いてΔEを算出して異方性エネルギーの分布を作成し、各試料のΔE<0の最深位置、および、ΔE≦-2の最深位置を求めた。 The steel strip thus obtained was subjected to a heat treatment simulating stress relief annealing (nitrogen atmosphere, treatment temperature: 800°C, treatment time: 3 hours). Next, a sample was cut out from the area where the linear molten solidification part was formed in the steel strip, embedded in a mold, and mirror polished. The strain distribution in the rolling direction cross section of the sample was then obtained using the EBSD Wilkinson method. From the strain distribution of each sample obtained, ΔE was calculated using the above formulas (1) to (4) to create a distribution of anisotropic energy, and the deepest position where ΔE<0 and the deepest position where ΔE≦-2 were obtained for each sample.
また、各試料について、JIS C2550に記載のエプスタイン法により、B8およびW17/50を測定した。さらに、鋼帯のビームの非照射領域から参照試料(磁区細分化処理を行っていない試料)を切り出し、JIS C2550に記載のエプスタイン法により、B8およびW17/50を測定した。そして、透磁率変化の指標としてΔB8(=[鋼帯に線状の溶融凝固部を形成した領域から切り出した試料で測定したB8]-[参照試料で測定したB8])を算出した。 In addition, for each sample, B8 and W17 /50 were measured by the Epstein method described in JIS C2550. Furthermore, a reference sample (a sample not subjected to magnetic domain refinement treatment) was cut out from the non-irradiated region of the steel strip, and B8 and W17 /50 were measured by the Epstein method described in JIS C2550. Then, ΔB8 (= [ B8 measured on a sample cut out from a region where a linear molten solidification part was formed on the steel strip] - [ B8 measured on a reference sample]) was calculated as an index of magnetic permeability change.
加えて、各試料について、レーザードップラー式の磁歪振動計により、1.5T、50Hzの正弦波交流磁化したときの磁歪振動波形を測定した。そして、測定した磁歪振動波形を、100Hz毎の周波数の振動加速度成分にフーリエ分解した。ついで、各周波数成分にAスケールで聴感補正した値を0~1000Hzまで積算し、その積算した値を、磁歪特性の指標となる磁歪高調波MHL15/50とした。 In addition, the magnetostrictive vibration waveform of each sample was measured using a laser Doppler magnetostrictive vibrometer when it was magnetized with a 1.5 T, 50 Hz sinusoidal AC current. The measured magnetostrictive vibration waveform was then Fourier-decomposed into vibration acceleration components with frequencies of every 100 Hz. Next, the A-scale auditory-corrected values of each frequency component were integrated from 0 to 1000 Hz, and the integrated value was taken as the magnetostrictive harmonic MHL 15/50 , which is an index of magnetostrictive properties.
ついで、各試料を用いて、3相巻き変圧器(鉄心重量500kg)のモデルトランスを製作し、周波数50Hzにて鉄心脚部分の磁束密度が1.7Tとなるときの変圧器鉄損を測定した。なお、この変圧器鉄損はワットメータを用いて無負荷損を測定した。同時に、このモデルトランスを、防音室内で、最大磁束密度Bm=1.7T、周波数50Hzの条件で励磁し、騒音計を用いて変圧器の騒音レベル(dBA)を測定した。以下、変圧器の騒音レベルを、変圧器騒音ともいう。 Next, a model three-phase winding transformer (core weight 500 kg) was made using each sample, and the transformer iron loss was measured when the magnetic flux density in the core legs was 1.7 T at a frequency of 50 Hz. The no-load loss of this transformer iron loss was measured using a wattmeter. At the same time, this model transformer was excited in a soundproof room under conditions of maximum magnetic flux density Bm = 1.7 T and frequency of 50 Hz, and the noise level (dBA) of the transformer was measured using a sound level meter. Hereinafter, the noise level of the transformer is also referred to as transformer noise.
また、比較のため、溶融凝固部を形成させずに(磁区細分化処理を行わずに)作成した鋼帯(No.33)、および、レーザー照射により深さ20μmの溝を形成した鋼帯(No.34)を準備し、上記と同様の要領で、W17/50、ΔB8、MHL15/50、変圧器鉄損および変圧器騒音を測定した。なお、No.34以外の鋼帯ではいずれも、溝部は形成されていなかった。
For comparison, a steel strip (No. 33) was prepared without forming a molten solidified portion (without performing magnetic domain refining treatment), and a steel strip (No. 34) was prepared in which a
上記の結果を表2にまとめて示す。なお、溶融凝固部の有無は上述の方法により、確認した。また、W17/50、ΔB8、MHL15/50、変圧器鉄損および変圧器騒音の評価基準は、以下のとおりである。
・W17/50
◎(合格、特に優れる):鉄損改善量ΔW17/50が0.08W/Kg以上
〇(合格、優れる):鉄損改善量ΔW17/50が0.05W/Kg以上(◎の場合を除く)
×(不合格):鉄損改善量ΔW17/50が0.05W/Kg未満
ここで、鉄損改善量ΔW17/50は、磁区細分化処理前後での鉄損改善量であり、[参照試料で測定したW17/50]-[当該試料で測定したW17/50]として求める。
・ΔB8
◎(合格、特に優れる):-0.0006T以上
〇(合格、優れる):-0.0010T超(◎の場合を除く)
×(不合格):-0.0010T以下
ここで、ΔB8は、磁区細分化処理前後でのB8変化量であり、[当該試料で測定したB8]-[参照試料で測定したB8]として求める。
・MHL15/50
◎(合格、特に優れる):26.0dBA以下
〇(合格、優れる):27.5dBA以下(◎の場合を除く)
×(不合格):27.5dBA超
・変圧器鉄損
◎(合格、特に優れる):変圧器鉄損の鉄損改善量が0.08W/Kg以上
〇(合格、優れる):変圧器鉄損の鉄損改善量が0.05W/Kg以上(◎の場合を除く)
×(不合格):変圧器鉄損の鉄損改善量が0.05W/Kg未満
ここで、変圧器鉄損の鉄損改善量は、磁区細分化処理前後での変圧器鉄損の鉄損改善量であり、[参照試料から作製したモデルトランスで測定したW17/50]-[当該試料から作製したモデルトランスで測定したW17/50]として求める。
・変圧器騒音
◎(合格、特に優れる):32.0dBA以下
〇(合格、優れる):33.5dBA以下(◎の場合を除く)
×(不合格):33.5dBA超
The above results are summarized in Table 2. The presence or absence of the molten and solidified portion was confirmed by the above-mentioned method. The evaluation criteria for W 17/50 , ΔB 8 , MHL 15/50 , transformer iron loss and transformer noise are as follows.
・W 17/50
◎ (Pass, especially excellent): Iron loss improvement amount ΔW 17/50 is 0.08 W/Kg or more. 〇 (Pass, excellent): Iron loss improvement amount ΔW 17/50 is 0.05 W/Kg or more (excluding the case of ◎).
× (Fail): Iron loss improvement amount ΔW 17/50 is less than 0.05 W/Kg. Here, the iron loss improvement amount ΔW 17/50 is the iron loss improvement amount before and after the magnetic domain refinement treatment, and is calculated as [W 17/50 measured on a reference sample] - [W 17/50 measured on the sample].
・ΔB 8
◎ (Pass, particularly excellent): -0.0006T or more 〇 (Pass, excellent): -0.0010T or more (except for ◎)
× (fail): −0.0010 T or less Here, ΔB 8 is the amount of change in B 8 before and after the magnetic domain refining process, and is calculated as [B 8 measured on the sample]−[B 8 measured on the reference sample].
・MHL 15/50
◎ (pass, particularly excellent): 26.0 dBA or less 〇 (pass, excellent): 27.5 dBA or less (except for ◎)
× (Fail): Over 27.5 dBA Transformer iron loss ◎ (Pass, particularly excellent): Transformer iron loss improvement of 0.08 W/Kg or more 〇 (Pass, excellent): Transformer iron loss improvement of 0.05 W/Kg or more (except for the case of ◎)
× (Fail): Improvement in transformer iron loss is less than 0.05 W/Kg. Here, the improvement in transformer iron loss is the improvement in transformer iron loss before and after magnetic domain refinement processing, and is calculated as [W17 /50 measured on a model transformer made from a reference sample] - [W17 /50 measured on a model transformer made from the sample in question].
・Transformer noise ◎ (pass, particularly excellent): 32.0 dBA or less 〇 (pass, excellent): 33.5 dBA or less (except for ◎)
× (fail): more than 33.5 dBA
表2より、発明例ではいずれも、低鉄損であり、かつ、高い透磁率と良好な磁歪特性とが実現されている。また、発明例の試料から作製したモデルトランスで測定した変圧器鉄損および変圧器騒音はいずれも低く、目標とするレベルに達していた。また、ΔE≦-2の最深位置が4μm~40μmである発明例では、特に優れた特性が得られていた。 As can be seen from Table 2, all of the examples of the invention have low iron loss, high magnetic permeability, and good magnetostriction characteristics. In addition, the transformer iron loss and transformer noise measured using a model transformer made from the samples of the examples of the invention were both low and reached the target level. Furthermore, the examples of the invention in which the deepest position for ΔE≦-2 was 4 μm to 40 μm achieved particularly excellent characteristics.
一方、比較例ではいずれも、低鉄損であり、かつ、高い透磁率と良好な磁歪特性とを実現することができなかった。 On the other hand, none of the comparative examples were able to achieve low iron loss, high magnetic permeability, and good magnetostriction characteristics.
(実施例2)
表3に示す成分組成(残部はFe及び不可避的不純物)を有する方向性電磁鋼板のスラブから熱間圧延を施して熱延鋼帯とした。ついで、熱延鋼帯に、熱延板焼鈍を施した。ついで、熱延鋼帯に、中間焼鈍を挟む2回の冷間圧延を施して、板厚0.23mmの冷延鋼帯(以下、鋼帯ともいう)とした。ついで、鋼帯に、脱炭焼鈍を施し、MgOを主成分とする焼鈍分離剤を塗布した。ついで、鋼帯をコイル状に巻き取り、二次再結晶およびフォルステライト被膜の形成を目的とする最終焼鈍を施した。
Example 2
A slab of grain-oriented electrical steel sheet having the composition shown in Table 3 (the balance being Fe and unavoidable impurities) was hot-rolled to obtain a hot-rolled steel strip. The hot-rolled steel strip was then subjected to hot-rolled sheet annealing. The hot-rolled steel strip was then subjected to two cold rolling processes with intermediate annealing in between to obtain a cold-rolled steel strip (hereinafter also referred to as steel strip) having a sheet thickness of 0.23 mm. The steel strip was then subjected to decarburization annealing and coated with an annealing separator mainly composed of MgO. The steel strip was then wound into a coil and subjected to final annealing for the purpose of secondary recrystallization and formation of a forsterite coating.
ついで、鋼帯に平坦化焼鈍を施した後、鋼帯の一方の面に、レーザーを圧延方向に照射し、線状の溶融凝固部を形成した。この際、照射条件、具体的には、出力密度(加速電圧、ビーム電流、レーザー出力および偏向速度)を種々変化させた。また、スポット形状は、回折光学素子を用いて線分形状とし、線分長さを調整してスポット径の比を種々変化させた。なお、レーザー照射はいずれも、圧延方向に0.5~7.0mm間隔で行った。また、鋼帯の一部に、ビームの非照射領域を設けた。 Then, the steel strip was subjected to flattening annealing, and then a laser was irradiated onto one side of the steel strip in the rolling direction to form a linear molten solidified portion. At this time, the irradiation conditions, specifically, the power density (acceleration voltage, beam current, laser output, and deflection speed) were variously changed. In addition, the spot shape was made into a line segment shape using a diffractive optical element, and the line segment length was adjusted to variously change the spot diameter ratio. Note that in all cases, the laser irradiation was performed at intervals of 0.5 to 7.0 mm in the rolling direction. In addition, a non-irradiated area was provided in part of the steel strip.
ついで、鋼帯にリン酸マグネシウム系の張力被膜を形成させ、最終製品となる鋼帯(方向性電磁鋼板)を得た。なお、上記各工程において明記した以外の条件は、常法に従い行った。また、最終製品となる鋼帯の成分組成はいずれも、上記した本発明の一実施形態に従う方向性電磁鋼板の好適成分組成を満足するものであった。 Next, a magnesium phosphate-based tensile coating was formed on the steel strip to obtain the final product, a steel strip (grain-oriented electrical steel sheet). Note that conditions other than those specified in each of the above steps were carried out according to standard methods. In addition, the chemical composition of the steel strip that became the final product all satisfied the preferred chemical composition of the grain-oriented electrical steel sheet according to one embodiment of the present invention described above.
かくして得られた鋼帯に、歪み取り焼鈍を模擬した熱処理(窒素雰囲気、処理温度:800℃、処理時間:3時間)を施した。ついで、実施例1と同じ要領で、異方性エネルギーの分布を作成し、各試料のΔE<0の最深位置、および、ΔE≦-2の最深位置を求めた。また、各試料について、実施例1と同様の要領で、W17/50、ΔB8、MHL15/50、変圧器鉄損および変圧器騒音を測定した。 The steel strip thus obtained was subjected to a heat treatment simulating stress relief annealing (nitrogen atmosphere, treatment temperature: 800°C, treatment time: 3 hours). Next, in the same manner as in Example 1, anisotropic energy distribution was created, and the deepest position where ΔE<0 and the deepest position where ΔE≦-2 were determined for each sample. In addition, W 17/50 , ΔB 8 , MHL 15/50 , transformer iron loss, and transformer noise were measured for each sample in the same manner as in Example 1.
また、上述した要領で、各試料の溝部の深度プロファイルを作成し、溝部の最深点の深さd(μm)、極小値の数Nおよびd/W×100(%)を求めた。 Furthermore, using the method described above, a depth profile of the grooves of each sample was created, and the depth d (μm) of the deepest point of the grooves, the number N of minimum values, and d/W×100 (%) were determined.
さらに、比較のため、溶融凝固部を形成させずに(磁区細分化処理を行わずに)作成した鋼帯(No.58)、および、レーザー照射により深さ20μmの溝を形成した鋼帯(No.59)を準備し、上記と同様の要領で、W17/50、ΔB8、MHL15/50、変圧器鉄損および変圧器騒音を測定した。
Furthermore, for comparison, a steel strip (No. 58) was prepared without forming a molten solidified portion (without performing magnetic domain refinement treatment), and a steel strip (No. 59) was prepared in which a
上記の結果を表4にまとめて示す。なお、溶融凝固部の有無は上述の方法により、確認した。また、W17/50、ΔB8、MHL15/50、変圧器鉄損および変圧器騒音の評価基準は実施例1と同じであるが、鉄損変化量ΔW17/50、ΔB8、MHL15/50、変圧器鉄損変化量ΔW17/50および変圧器騒音が以下の範囲を同時に満足する場合には、極めて優れた特性が得られているといえる。
・ΔW17/50:0.14W/kg以上(特には、0.15W/kg以上)
・ΔB8:-0.0002T以上(特には、-0.0001T以上)
・MHL15/50:26.0dBA以下(特には、25.5dBA以下)
・変圧器鉄損ΔW17/50:0.16W/kg以上(特には、0.17W/kg以上)
・変圧器騒音:32.0dBA以下(特には、31.5dBA以下)
The above results are summarized in Table 4. The presence or absence of the molten solidified portion was confirmed by the above-mentioned method. The evaluation criteria for W 17/50 , ΔB 8 , MHL 15/50 , transformer iron loss, and transformer noise are the same as those in Example 1, but when the iron loss change amount ΔW 17/50 , ΔB 8 , MHL 15/50 , transformer iron loss change amount ΔW 17/50 , and transformer noise simultaneously satisfy the following ranges, it can be said that extremely excellent characteristics have been obtained.
・ ΔW 17/50 : 0.14 W/kg or more (especially 0.15 W/kg or more)
・ΔB 8 : -0.0002T or more (especially -0.0001T or more)
MHL 15/50 : 26.0 dBA or less (especially 25.5 dBA or less)
・Transformer iron loss ΔW 17/50 : 0.16 W/kg or more (especially 0.17 W/kg or more)
・Transformer noise: 32.0 dBA or less (especially 31.5 dBA or less)
表4より、発明例ではいずれも、低鉄損であり、かつ、高い透磁率と良好な磁歪特性とが実現されている。また、発明例の試料から作製したモデルトランスで測定した変圧器鉄損および変圧器騒音はいずれも低く、目標とするレベルに達していた。さらに、ΔE(KJ/m3)が-2KJ/m3以下となる領域の最深位置が4μm~40μmであり、溶融凝固部によって画定される溝部を有し、溝部の最深点の深さdが8.0μm未満であり、極小値の数Nが2以上であり、d/W×100(%)が5%以上20%未満であり、溶融凝固部の間隔が1.0mm以上5.0mm未満である発明例では、極めて優れた特性が得られていた。 From Table 4, all of the examples of the invention have low iron loss, high magnetic permeability, and good magnetostriction characteristics. In addition, the transformer iron loss and transformer noise measured with a model transformer made from the sample of the example of the invention were both low and reached the target level. Furthermore, in the example of the invention in which the deepest position of the region where ΔE (KJ/m 3 ) is -2 KJ/m 3 or less is 4 μm to 40 μm, there is a groove defined by the molten solidified portion, the depth d of the deepest point of the groove is less than 8.0 μm, the number N of minimum values is 2 or more, d/W×100 (%) is 5% or more and less than 20%, and the interval of the molten solidified portion is 1.0 mm or more and less than 5.0 mm, extremely excellent characteristics were obtained.
一方、比較例ではいずれも、低鉄損であり、かつ、高い透磁率と良好な磁歪特性とを実現することができなかった。 On the other hand, none of the comparative examples were able to achieve low iron loss, high magnetic permeability, and good magnetostriction characteristics.
Claims (9)
該方向性電磁鋼板は、その一方の表面に、圧延方向を横切る線状の溶融凝固部を周期的に有し、
該方向性電磁鋼板の圧延方向断面での該溶融凝固部の表面から板厚方向への異方性エネルギーの分布において、ΔE(KJ/m3)が負となる領域の最深位置が、該溶融凝固部の表面からの距離で4μm以上150μm以下である、方向性電磁鋼板。
ここで、ΔEは、次式(1)により定義される。
ΔE=Esub-ERD ・・・(1)
式(1)中、ERD(KJ/m3)およびEsub(KJ/m3)はそれぞれ、圧延方向における異方性エネルギー、および、結晶の[001]方位を圧延方向としたときの結晶の[010]方位または[100]方位における異方性エネルギーであり、次式(2)~(4)により求める。
The grain-oriented electrical steel sheet has, on one surface thereof, periodically linear molten and solidified portions that cross the rolling direction,
In the distribution of anisotropic energy from the surface of the molten solidified portion in the sheet thickness direction in a cross section in the rolling direction of the grain-oriented electrical steel sheet, the deepest position of a region where ΔE (KJ/m 3 ) is negative is a distance from the surface of the molten solidified portion of 4 μm to 150 μm .
Here, ΔE is defined by the following formula (1).
ΔE=E sub -E RD ...(1)
In formula (1), E RD (KJ/m 3 ) and E sub (KJ/m 3 ) are the anisotropic energy in the rolling direction, and the anisotropic energy in the crystal [010] orientation or [100] orientation when the crystal [001] orientation is the rolling direction, respectively, and are calculated by the following formulas (2) to (4).
前記溝部の幅Wに対する前記溝部の最深点の深さdの比率であるd/W×100(%)が、5%以上20%未満である、請求項3~6のいずれかに記載の方向性電磁鋼板。 There are two or more minimum values in the depth profile of the groove,
The grain-oriented electrical steel sheet according to any one of claims 3 to 6, wherein d/W×100(%), which is a ratio of a depth d of the deepest point of the groove to a width W of the groove, is 5% or more and less than 20%.
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